Какие направления развития Росийской науки Вы считаете наиболее перспективными

Эколого-экономическая эффективность замкнутого водоснабжения на предприятиях Кузбасса

Экспериментальные исследования процесса переноса взвесей в кусковых массивах проводились при фильтрации отработанной воды через закладочные массивы из крупнокусковых материалов на шахтах с гидрозакладкой и карьерных вод в отвалах вскрышных пород на угольных разрезах в Кузбассе. Установлено, что между концентрацией дисперсных частиц в фильтрующейся воде Сх и расстоянием х, которое вода прошла в кусковом породном массиве, существует экспоненциальная зависимость:

(4)

где h – показатель фильтрования, характеризующий интенсивность улавливания дисперсных частиц в массиве.

В результате натурных исследований установлено, что значения h для закладочных массивов из дробленых пород Кузнецкой свиты составляют 0,026 при их возведении от центра выемочного участка к флангам и 0,0043 – от флангов к центру. На отвалах вскрышных пород в опытах были зарегистрированы значения показателя фильтрования от 0,001 до 0,057. Большой разброс значений h обусловлен высокой неоднородностью строения, состава, свойств пород и сроков отсыпки отвальных массивов.

Дисперсная фаза в рассматриваемых суспензиях представлена частицами крупностью 10-3-10-7 м, причем основная часть (90-95%) имеет размер менее 5х10-6 м. При фильтрации в зернистой среде происходит уменьшение средневзвешенного диаметра частиц. Вызвано это тем, что интенсивность улавливания крупных частиц в порах значительно выше, чем более тонких.

Представляя фильтрацию суспензии в зернистой среде как поток взвешенных частиц между сечениями с единичной площадью, процесс переноса дисперсных частиц в закладочных и насыпных породных массивах можно описать следующими уравнениями:

 

(5)

(6)

 

где qt – плотность потока частиц; V – скорость фильтрации; n – пористость массива; d - площадь захвата переносимых водой частиц в единичном сечении; t - приращение плотности массива за счёт кольматации; t – время.

С учётом особенностей фильтрации суспензий в крупнокусковых массивах при граничных и начальных условиях qt(0) = qTo и t(x,0) = 0 решения уравнений (5) и (6) записываются в виде:

 

(7)

и

(8)

 

При qT(x)=Cx и C0=qT0 уравнение (7) соответствует эмпирической зависимости (4). Площадь сечения захвата d представляет собой сумму площади сечения узких поровых каналов, в которых происходит механическое застревание взвешенных частиц, и части сечения широких поровых каналов, в которой происходит прилипание дисперсных частиц к стенкам пор в результате Ван-дер-Ваальсова взаимодействия. Исходя из этих предпосылок, показатель фильтрования h можно представить как h3 + hn , где h3 - характеризует интенсивность элиминирования частиц за счёт застревания, а hn – за счёт прилипания к стенкам поровых каналов.

Получены формулы для определения показателей фильтрования по структурным характеристикам фильтрующего массива и дисперсной фазы, а также гидродинамическим условиям:

(9)

(10)

где d – диаметр взвешенных частиц; - средний размер кусков массива; a - коэффициент размера пор к размеру частиц ; K – постоянная Больцмана; T – абсолютная температура воды; V – скорость фильтрации; m - динамическая вязкость воды.

1 2 3 4 5