Гидравлический транспорт

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ (а. hydraulic transport, pipeline transport; н. Hydrotransport; ф. transport hydraulique; и. transporte hidrauliсо) — технологический процесс перемещения материалов потоком воды. Использование воды как средства гидравлического транспорта, а также для промывки золотоносных песков в долинах pек Тахо, Дуэро, Миньо и Гуадьяро (Испания) известно с 11-6 вв. до н.э. Самотёчный гидравлический транспорт начал применяться в России с конца 18 в. при буторных работах на золотоносных россыпях Урала. В СССР широкое использование гидравлического транспорта связано с развитием гидравлической разработки торфяных, угольных и других месторождений полезных ископаемых, строительством канала им. Москвы (1932-37), крупных ГЭС на Волге, Каме, Днепре, Оби и др.

По принципу действия гидравлический транспорт подразделяется на безнапорный, напорный и комбинированный. При безнапорном гидравлическом транспорте гидросмесь, перемещаясь по наклонным желобам, лоткам (при подземной гидродобыче), траншеям, канавам (в карьерах со средствами гидромеханизации) или не полностью заполненным трубам, имеет свободную поверхность, на которой давление равно атмосферному. При напорном гидравлическом транспорте гидросмесь, заполняя все сечения трубопровода, находится под избыточным давлением, создаваемым главным образом насосами (грунтовыми, шламовыми, углесосами и др.). Системы напорного гидравлического транспорта могут быть одно- и многоступенчатыми, с зумпфами на промежуточных перекачивающих станциях или без них. При работе с зумпфами система менее чувствительна к неравномерной подаче гидросмеси: остановка одного из насосов (в зависимости от вместимости промежуточных зумпфов) не вызывает необходимости немедленной остановки всех последующих насосов; насосы могут иметь разную производительность; уменьшается опасность гидравлических ударов. Однако по сравнению с системой непосредственного соединения трубопроводов не полностью используется напор, развиваемый насосами, возрастают капитальные затраты на сооружение промежуточных зумпфов. При комбинированном гидравлическом транспорте на одной части трассы применяют безнапорный гидравлический транспорт, на другой — напорный.

Гидротранспортирование осуществляется главным образом в турбулентном потоке воды (реже в структурированном), а также в различных несущих суспензиях и в водно-воздушной смеси. При транспортировании скорость движения гидросмеси v не должна быть ниже некоторой минимальной величины (так называемой критической скорости vкp), которая предшествует началу осаждения твёрдых частиц или соответствует минимальным гидравлическим сопротивлениям. Для уменьшения удельных затрат электроэнергии транспортирование материала стремятся производить при скоростях близких к vкp и высоких концентрациях твёрдого вещества в гидросмеси. Гидравлические сопротивления и гидроабразивный износ трубопроводов резко снижаются при уменьшении размера транспортируемых частиц ниже 1-2 мм. Поэтому гидравлический транспорт на значительном расстоянии обычно ограничивается частицами этого размера.

Расчёт напорного и безнапорного гидравлического транспорта производится главным образом эмпирически; напорный гидравлический транспорт — обычно сводится к выбору диаметра трубопровода и соответствующих насосов для обеспечения заданной производительности. При безнапорном гидравлическом транспорте основная характеристика — транспортирующая способность потока Q_т (кг/с), представляющая собой предельное количество твёрдого материала, которое поток способен переносить вместе с водой. Значения Q_т зависят от коэффициента трения и нормальной составляющей силы веса перемещаемого куска материала; определяются уклоном, площадью поперечного сечения, формой, состоянием поверхности и видом материала лотка, расходом воды, гранулометрическим составом, плотностью и формой транспортируемого материала, величиной местных сопротивлений.

При открытой разработке месторождений полезных ископаемых с помощью средств гидромеханизации размытые струёй гидромонитора горные породы в виде гидросмеси самотёком по канавам поступают в зумпф насосной станции, оборудованной грунтовым насосом, и далее перекачиваются по трубопроводу. По трубопроводам также транспортируются гидросмеси при разработке залежей с помощью земснарядов и драг в водоёмах карьеров, на дне рек, озёр и морей.

При шахтной гидродобыче полезных ископаемых самотёчный гидравлический транспорт применяется для доставки полезных ископаемых и попутных горных пород от забоев до камеры гидравлического подъёма. Гидросмесь при этом перемещается по металлическим желобам, уложенным по почве горных выработок с уклоном 4-7%. При закладке выработанного пространства гидравлический транспорт используется для доставки в шахту песка, дроблёных горных пород. Приготовленная на поверхности шахты гидросмесь поступает в подземные выработки по трубопроводу, состоящему из вертикального и горизонтального участков. По закладочным трубопроводам шахт иногда транспортируют бетонные смеси. Для увеличения длины их транспортирования по горизонтальным выработкам в трубопровод подаётся сжатый воздух, используются бетононасосы.

На обогатительных фабриках, где применяют мокрые способы обогащения полезных ископаемых, с помощью средств гидравлического транспорта перекачивают полезные ископаемые, удаляют отходы их обогащения в илонакопители (главным образом отходы флотации), производят намыв дамб обвалования, ограждающих илонакопители. По магистральным трубопроводам большой протяжённости с помощью гидравлического транспорта перемещают различные мелкораздробленные (менее 2-0,2 мм) полезные ископаемые (уголь, известняк, концентраты руд и др.).

Достоинства гидравлического транспорта: высокая производительность, возможность транспортирования на значительном расстоянии при полной автоматизации процесса, отсутствие потерь перемещаемого материала, невысокие эксплуатационные расходы, возможность совмещения процесса транспортирования с другими технологическими процессами (гидравлическим разрушением, обогащением), низкий уровень шума и возможность укладки трубопроводов под землёй. Недостатки: относительно большой расход энергии и воды, износ труб и насосов, ограниченное число материалов, перемещение которых возможно с помощью средств гидравлического транспорта, измельчение и размокание материалов в процессе транспортирования.