Способы гидромеханизированной разработки месторождений

 

Способы гидромеханизированной разработки месторождений определяются горно- и гидрогеологическими условиями. Поверхностные необводненные месторождения рыхлых горных пород и угля в благоприятных условиях подлежат гидромониторной разработке. Обводненные и подводные месторождения отрабатываются с применением земснарядов и грейферных установок.

Гидромеханизация является одним из видов комплексной механизации горных работ, в котором все или часть рабочих процессов выполняется за счет энергии потока воды.

Технология разработки пород с помощью гидромониторных установок (рис.15) включает подрезку забоя струей воды и смыв обрушенной породы в зумпф землесосной станции или в пульповодную канаву. Для обеспечения сосредоточенного потока пульпы от забоя и избежания замыва рабочей площадки на ней устраивается пульповодная канава с уклономв сторону зумпфа. Насосная станция первого подъема из зумпфа направляет пульпу по пульповоду на расстояние, соответствующее ее техническим возможностям, там станция второго, третьего и т.д. подъема, которые доводят пульпу до гидроотвала при отработке вскрышного уступа или до перерабатывающего завода или обогатительной фабрики.

Рис.15. Схема гидромониторной разработки вскрышных пород   1 – землесосная станция; 2 – зумпф; 3 – водовод; 4 – гидромонитор; 5 – пульповод; 6 – пульповодная канава; h – высота уступа; Δ h – превышение забоя над уровнем стоянки гидромонитора; а – расстояние от гидромонитора до зумпфа; l min – минимально допустимое расстояние от гидромонитора до забоя; А – ширина заходки гидромонитора

Высота уступа при гидромониторной (гидравлической) разработке принимается, в первую очередь, с учетом безопасности ведения горных работ. Минимально допустимое расстояние от гидромонитора до забоя

,

где – коэффициент приближения, для глинистых и лессовидных пород = 1,2, для песчаных, супесчаных и песчано-гравийных при дистанционном управлении гидромониторами = 0,5.

Максимально допустимое расстояние от гидромонитора до забоя

,

где – напор на насадке гидромонитора, м.

Ширина заходки гидромонитора

,

где – шаг передвижки гидромонитора, м.

Если используется поворотная труба с шарнирным коленом, то ширина заходки , где – длина поворотной трубы, м.

Обычно шаг передвижки гидромонитора принимается кратным длине трубы (от 6 до 12 м). Оптимальный шаг передвижки гидромонитора

.

объем породы, разрабатываемый гидромонитором с одной стоянки,

.

Одна гидромониторная установка может иметь несколько гидромониторов. Тогда ширина заходки на одну гидромониторную установку , где – число гидромониторов в работе.

Время между двумя передвижками гидромонитора

,

где – часовая эксплуатационная производительность гидромонитора по породе, м³; и - время демонтажа и монтажа соответственно, ч; – время передвижки, ч.

Во время работы передвигается не только гидромонитор, но и землесосная установка (станция). Необходимый шаг передвижки землесосной станции первого подъема

,

где – высота недомыва, = 0,5¸1,5 м; – необходимый уклон подошвы забоя.

Необходимая вместимость зумпфа, обеспечивающая нормальную работу землесоса,

,

где – часовая производительность гидромониторно-землесосной установки по пульпе, м³/ч; – число землесосов, работающих из одного зумпфа; – коэффициент запаса, = 1,5¸2.

Гидромониторная разработка может осуществляться либо непосредственным размывом уступа струей гидромонитора, либо с предварительным нарушением целостности массива пород. Непосредственный размыв уступа характерен для разработки неплотных мелкозернистых и пылеватых песков, легких супесей и лессов и является однооперационным (порода одновременно размывается и насыщается водой с образованием пульпы).

При отработке связных пород (слежавшиеся песчано-гравийные смеси, суглинки различной плотности, тощие и полужирные глины, аргиллиты, алевролиты) необходимо предварительное нарушение целостности массива. Процесс разработки состоит из двух последовательных операций: подрезки уступа (образования вруба) и смыва породы после образования вруба и обрушения породы. Первая операция весьма энергоемка и по тяжелым суглинкам и глинам, например, требует до 50-70 % рабочего времени с удельным расходом воды в 20-25 раз большим, чем при смыве обрушенной породы. Поскольку подрезка уступа требует значительного напора гидромонитора, необходимо включение в гидравлическую сеть специального подрезного насоса, который отключается после образования вруба.

При отработке плотных пород, требующих предварительного рыхления перед гидромониторным размывом, иногда целесообразно использование в комбинации с гидромонитором экскаваторов (рис.16), бульдозеров и других механизмов.

Рис.16. Схема гидромониторного размыва породы, предварительно разрыхленной драглайном   1 – землесосная станция; 2 – гидромонитор; 3 – драглайн     Рис.17. Схема плавучего землесосного снаряда   1 – добычной забой; 2 – рама со всасывающей трубой и фрезерным рыхлителем; 3 – судовые надстройки; 4 – свайный ход

Гидромонитор может быть также составным механизмом в передвижной землесосной установке, работающей совместно с механической лопатой, осуществляющей погрузку породы в бункер машины.

Число гидромониторов, работающих в карьере,

,

где - годовой объем работ на рабочем горизонте, м³; – удель­ный расход воды, м³/м³; – го­довой фонд рабочего времени, ч; - водопроизводительность гид­ромонитора, м³/ч; – коэффициент использования гидромонитора во времени = 0,7¸0,85. На один работающий гидромонитор принимается один резервный.

Техническая производительность гидромонитора (рис.17)

.

Разработка горных пород земснарядами применяется для добычи нерудных строительных материалов из русел судоходных рек, озер, водохранилищ. В зависимости от способа отделения породы в подводном забое различают земснаряды механического и гидравлического действия, земснаряды со свободным всасыванием пульпы, а также черпаковые снаряды.

Землесосные снаряды могут иметь различные грунтозаборные установки: с центробежным грунтовым насосом, эжекторные, эрлифтные, комбинированные. Черпаковые снаряды подразделяют на многочерпаковые (драги) и одночерпаковые, последние в свою очередь – на штанговые и грейферные.

Применение земснарядов зависит от трудности разработки извлекаемой породы, гранулометрического состава, засоренности и др. По трудности разработки породы разделяют на семь категорий (классов): 1 – булыжник и галька, 2 – гравий, 3 – песок, 4 – супесь, 5 – суглинок, 6 – глина, 7 – скала. На легких для разработки песчаных породах (категории 3 и 4) используются преимущественно землесосные снаряды.

Для повышения производительности и вовлечения в разработку плотных пород земснаряды оснащаются устройствами с гидравлическими и механическими (фрезы) рыхлителями. Дезинтеграция (разрыхление) пород в массиве (в подводном забое) может быть послойной и объемной. В первом случае разрыхление осуществляется с поверхности забоя, во втором рабочие органы рыхлителей погружаются в разрыхляемый массив. Распространены также вибрационные рыхлители.

Технология отработки месторождений земснарядами включает следующие этапы:

· подготовительные работы (монтаж магистрального пульповода подготовка берегового подключения и организация электроснабжения, освещения и др.);

· подготовка первоначального фронта работ;

· разработка участков в соответствии с проектной очередностью.

Рис.18. Схема создания первоначального фронта работ земснаряда разрезной траншеей от реки   1 – сухопутный пульповод; 2 – задвижка; 3 – перемычка плавучего пульпопровода; 4 – труба для подачи воды; 5 – начальная траншея; 6 – река

Подготовка первоначального фронта работ заключается в проходке начального котлована, размеры которого задаются условиями размещения в нем землесосного снаряда с несколькими секциями плавучего пульповода. чаще всего эти размеры задаются в пределах трехкратной ширины и двукратной длины земснаряда с минимальным числом секций плавучего пульповода.

Фронт работ земснаряда в начальный период разработки может создаваться не только котлованом, но и проходкой специальных разрезных траншей непосредственно от водоисточника, обычно от реки (рис.18).

Рис.19. Односторонняя (а) и двухсторонняя (б) схемы разработки месторождения земснарядом   1 – второе береговое подключение пульповода; 2 – береговой пульповод; 3 – первое береговое подключение плавучего пульповода; 4 – плавучий пульповод; 5 – земснаряд; I.1-I.12 и II.1-II.8 – последовательность отработки; с – длина участка; а – ширина участка, равная ширине заходки; r – расстояние между местами берегового подключения

участки разрабатываются поочередно в соответствии с проектом (рис.19).

Длину плавучего пульповода принимают в зависимости от расстояния и высоты транспортирования пульпы, сокращая ее до 50-100 м при предельных расстояниях транспортирования и увеличивая до 300-400 м при небольших расстояниях транспортирования; расстоя­ния между местами берегового подключения , как правило, равны длине плавучего пульповода.

К параметрам разработки месторождений земснарядами относят размеры уступа в его надводной и подводной частях, размеры блока, продолжительность работ без переукладки пульповода и принятый порядок перемещения фронта работ.

При определении вы­соты уступа учитывают характеристику разрабатываемых пород, тип земснаряда, характер обрушения уступа и принятый порядок выемки. Уступы большой высоты во многих случаях более целесообразны, так как они позволяют разработать большее количество породы с одного положения земснаряда. Высота подводной части уступа достигает 15 м и более.

Размеры участка (блока) зависят от тех же факторов, что и высота уступа, а также от принятой последовательности разработки и скорости годового подвигания.

Техническая производительность земснаряда по породе определяется по формуле

,

где - производительность земснаряда по пульпе, м³/ч; – плотность воды, т/м³; – коэффициент, учитывающий уменьшение производительности земснаряда при большой высоте уступа, = 0,9; - расход воды на разработку и транспортирование 1 м³ породы, м³; - пористость породы.

Годовая производительность земснаряда

,

где – годовой фонд рабочего времени земснаряда, ч; – коэффициент использования земснаряда во времени; - коэффициент, учитывающий наличие перекачных станций, = 0,95; – число перекачных станций.

Производительность земснаряда по пульпе

,

где - производительность земснаряда по воде, м³/ч; - плотность пульпы, т/м³,

,

- плотность породы, т/м³.

На гидромеханизированных открытых разработках наибольшее распространение получил напорный транспорт пульпы по пульповодам, возможен и безнапорный транспорт пульпы по трубам, лоткам, канавам.