Теоретические основы процесса мокрой отсадки

Рассматривая процесс отсадки как многократно повторяющийся цикл, движение частиц в вертикальном направлении на решете отсадочной машины можно представить в виде дифференциального уравнения

где m — масса частицы, г;

v — скорость движения частицы относительно среды, см/сек; t — время, сек.;

G = mg — сила тяжести (вес) частицы (g — ускорение силы тяжести, см/сек2);

Pп = m'g — подъемная сила статической среды по закону Архимеда (m' — масса среды в объеме частицы, г);

Pc = w v2d2 A — сила сопротивления среды, возникающая при разных скоростях движения частицы и среды (w — коэффициент сопротивления; d — диаметр частицы, см; А — плотность среды, г/см3).

Заменяя силы G, Pп, Pс в дифференциальном уравнении их значениями, получим следующее уравнение для движения частиц:

Цикл отсадки — период одной пульсации воды, характеризуемый скоростью восходящей и нисходящей струй воды и продолжительностью их действия. Он включает периоды ускорения и установившегося движения частиц с конечной скоростью (при равновесии сил).

В начале первого периода (ускорения) сопротивление среды не оказывает влияния на ускорение частицы, так как скорость ее незначительна, поэтому

Отсюда следует, что частицы с различными удельными весами, независимо от размеров и формы, обладают разными ускорениями, что делает возможным их разделение.

Во втором периоде (с установившимся движением), dv когда dv/dt = 0, конечная скорость падения частиц может быть определена из условий

Вода и продукты отсадки имеют следующие скорости движения в горизонтальном направлении, м/сек:

Схема движения частиц угля и породы в отсадочной машине под действием восходящей и нисходящей струй воды представлена на рис. 8. В начальный период частицы находятся в сплоченном состоянии, образуя постель. При ходе поршня вниз (подаче воздуха) создается восходящая струя воды, под действием которой постель приподнимается и разрыхляется. Первыми приходят в движение мелкие частицы угля с наименьшим сопротивлением водной струе, требующие небольшой силы для подъема. Они перемещаются вверх в пространстве между крупными частицами породы и угля. По мере нарастания скорости восходящей струи и разрыхления постели приходят в движение мелкие частицы породы и крупные частицы угля, оказывающие примерно одинаковое сопротивление струе воды. Последними поднимаются крупные частицы породы.

Постепенно скорость восходящей струи начинает уменьшаться. В связи с этим движение вверх крупных частиц породы приостанавливается и они начинают падать вниз. Это наступает в тот момент, когда скорость восходящей струи становится меньше конечной скорости падения частиц породы в среде. По мере уменьшения скорости восходящей струи прекращается движение вверх крупных частиц угля и мелких частиц породы, начинающих падать вниз. Когда скорость восходящей струи приближается к нулю, прекращают движение вверх и мелкие частицы угля.

В начальный период хода поршня вверх (выпуска воздуха) начинается действие нисходящей струи воды. Все частицы в это время движутся вниз. Первыми достигают решета и прекращают движение крупные частицы породы, за ними — крупные частицы угля. Мелкие частицы породы, опускающиеся одновременно с крупными частицами угля на слой породной постели, продолжают перемещаться вниз вместе с водой в пространстве между крупными частицами угля и породы. Достигнув решета, они проходят через отверстия в нем и оседают на дно отсадочной машины. Некоторая часть мелких частиц породы остается на решете отсадочной машины. Последними прекращают движение вниз мелкие частицы угля.

Оптимальные условия для разделения в отсадочной машине частиц угля, сростков и породы по удельным весам:

- создание цикла отсадки с возможно большим периодом времени, когда относительная скорость движения частиц и среды, а следовательно, и сила сопротивления среды Pc близки к нулю;

- создание постели, разрыхленность и крупность частиц которой способствуют лучшему прохождению под решето мелких частиц породы и задержанию в ней мелких частиц угля при действии нисходящей струи воды.

Различные конструкции отсадочных машин работают с разными циклами отсадки. Наиболее часто встречаются циклы: синусоидальный (прямой), обратный, статический.

Синусоидальный (прямой) цикл отсадки (рис. 9) характеризуется примерно одинаковыми скоростями движения восходящей и нисходящей струй воды и одинаковым временем действия их в течение одной пульсации. Максимальные скорости восходящей uвmax и нисходящей uнmax стрей воды наступают при максимальной скорости поршня. Скорость восходящей струи увеличивается от действия подрешетной воды при ходе поршня вниз и уменьшается при ходе поршня вверх, в связи с чем скорость и время действия восходящей струи оказываются большими, чем для нисходящей струи. Синусоидальный цикл осуществлен в большинстве поршневых отсадочных машин.

Обратный цикл (рис. 10) характеризуется более длительным, по сравнению с прямым циклом, действием нисходящей струи, движущейся со скоростью до 13 см[сек, и коротким, но сильным действием восходящей струи, движущейся со скоростью до 22 см/сек. При этом цикле обеспечивается наиболее полное удаление мелкой породы в подрешетный продукт вследствие удлиненного периода действия нисходящей струи воды.

Действие подрешетной воды здесь аналогично предыдущему циклу. Обратный цикл характерен для беспоршневых отсадочных машин.

Цикл статической отсадки Мейера (рис. 11) характеризуется непродолжительным действием восходящей струи, необходимой, по мнению автора цикла, лишь для подъема постели на определенную высоту. Затем в течение продолжительного периода времени tp вода находится в спокойном состоянии на самом высоком уровне. В этот период постель падает вниз, разрыхляется, и частицы разделяются по удельным весам. Нисходящая струя действует короткое время и служит лишь для приведения постели в исходное положение.

Циклы Берда (рис. 12) несколько отличаются от обычных циклов поршневых и беспоршневых отсадочных машин. Они характеризуются уменьшением скорости движения нисходящей струи в. последний период ее действия с целью предотвращения попадания мелких частиц угля в породную постель и под решето и увеличением скорости восходящей струи воды.

Цикл Томаса (рис. 13) характеризуется длительным действием восходящей струи, движущейся с постоянной скоростью в течение продолжительного

времени, и значительно меньшим по времени действием нисходящей струи при большей скорости ее движения. Автор цикла полагает, что под действием восходящей струи через некоторый отрезок времени t1 разрыхляется верхний, затем через отрезок t2 — средний и через t3 — нижний слои постели. Когда вся постель разрыхлена, скорость струи становится постоянной. Затем под действием нисходящей струи через отрезок времени U на решето опускается нижний, затем через t5 — средний и через t6 — верхний слои постели. За период от t4 до t5 происходит разделение частиц постели по удельным весам.