Горных работ

Под гидромеханизацией понимают способ механизации горных и земляных работ, при котором все или основную часть технологических процессов производят с использованием энергии движущейся воды.

Напорная вода для выемки пород была впервые применена в России в 1830 г. В 80-х годах XIX в. гидравлический метод был усовершенствован М. А. Шостаком и Е. А. Черкасовым. В этот же период вышли в свет первые русские теоретические работы К. А. Куликова и И.А. Тиме. Научные основы технологии гидромеханизации на открытых разработках созданы советскими учеными Н. Д. Холиным, Н. В. Мельниковым, Г. А. Нуроком, Г, П. Никоновым. С. М. Шороховым и др.

Разрушение горной породы водой производят двумя способами: размывом напорной струей или размывом самотечным потоком, поступающим к всасывающей трубе землесоса [37]. В первом случае воду подают насосом по водоводу к гидромонитору, из насадки которого ее под давлением и со скоростью до 80 м/с направляют на забой, обеспечивая разрушение пород. Отделенная от массива порода, смешиваясь с водой, образует гидросмесь (пульпу), которая по наклонной канаве (или почве уступа) стекает в пульпосборник (зумпф). Пульпу, содержащую полезное ископаемое, грунтонасосом (землесосом) транспортируют по пульпопроводу на обезвоживающие и обогатительные устройства, а пульпу, содержащую вскрышу, подают на гидроотвал. Осветленная вода через водосбросный колодец поступает к насосной станции для повторного использования (рис. 12.1). При наклонном рельефе поверхности пульпу транспортируют самотеком в открытых канавах или лотках.

В общем случае конструкция гидромонитора включает: ходовую часть (салазки), подводящий патрубок, шарниры, ствол и насадок (рис. 12.2). За счет шарниров ствол можно поворачивать в горизонтальной и вертикальной плоскостях, направляя струю воды в любую точку забоя. Отечественные гидромониторы выпускают с ручным и дистанционным управлением, несамоходные и самоходные. Рабочее давление у насадка составляет 1,5–3,0 МПа. Компактную, нераспыляющуюся струю создают за счет струенаправляющих внутренних ребер в стволе и насадка диаметром 52–220 мм с отшлифованной внутренней поверхностью. Размыв пород уступа ведут попутным, встречным или встречно-попутным забоем (рис. 12.3). В первом случае гидромонитор устанавливают на верхней площадке уступа, и направление размыва совпадает с направлением движения струи воды. Оборудование при этом расположено на сухом месте, что облегчает работу обслуживающего персонала и передвижку гидромонитора. Размыв встречным забоем широко используют на вскрышных работах. Встречно-попутные забои характерны при двух гидромониторах. Трудноразмываемые породы предварительно рыхлят, используя для этой цели рыхлители, одноковшовые экскаваторы или энергию взрыва.

Ширина заходки не превышает 25–30 м, а напор струи и уклон рабочей площадки зависят от физико-механических свойств пород [25]. По мере подвигания забоя зумпф переносят на новое место, а за счет уклона площадки образуется недомыв породы высотой 1,5–2 м и длиной до 100 м. Его смывают или удаляют бульдозерами.

Гидромониторная разработка пород включает следующие операции: подрезка забоя (образование вруба), смыв обрушенной породы, уборка недомыва, чистка канавок. При размыве попутным забоем недомыв меньше, так как струя воды, совпадая с направлением движения пульпы, способствует перемещению горной массы.

Подрезка забоя обеспечивает обрушение породы и ее частичное разрушение, что облегчает размыв. Для создания врубовой щели высотой 0,2–0,4 м и глубиной 1,5–2 м необходим большой напор, поэтому применяют насадки малого диаметра. Смыв пород ведут насадками большого диаметра, так как требуется увеличенный расход воды при малом напоре.

Размыв встречным забоем начинают при минимальном расстоянии гидромонитора от забоя, которое по правилам безопасности должно составлять не менее 0,8–1,2 высоты уступа. Шаг передвижки установки обычно принимают кратным стандартной длине наращиваемых секций трубопровода. Длина фронта работ на один гидромонитор в глинистых породах составляет 18–25 м, в песчаных – 30–60 м, суглинках – 25–45 м.

Расчет напорного гидротранспорта сводят к выбору землесоса и диаметра трубопровода, обеспечивающих заданную производительность. Пульпу, содержащую вскрышные породы, укладывают в гидроотвалы, размещаемые на участках, непригодных или малопригодных для сельского хозяйства (рис. 12.4). На равнинах отвалы ограждают дамбами начального обвалования со всех сторон, в оврагах – со стороны пониженной части. Ширина дамбы поверху составляет 1,2–1,5 м, высота – 2,5–3,7 м, заложение откосов – 1:1,7, 1:2,5.

По мере поступления пульпы на гидроотвал уровень воды в нем растет. Сброс излишков воды производят плавучими насосными станциями или через водосбросные колодцы. При необходимости дамбу наращивают путем намыва или экскаваторами.

Заполнение отвала может быть односторонним, двусторонним или кольцевым. Пульповоды размещают на эстакаде или без нее на опорах высотой до 1,5 м.

Подготовка горизонтов при гидравлической разработке – траншейная. Разрезные траншеи и полутраншеи одновременно являются и подготовительными, и вскрывающими выработками. Их проходят с использованием средств гидромеханизации. Начальный котлован для размещения гидромониторов и землесосов с размерами по дну 10×10 м обычно создают драглайнами. Возможно также бестраншейное, комбинированное вскрытие и вскрытие подземными выработками.

Выемку горных пород обычно ведут наклонными слоями, Разрабатываемый массив делят на выемочные блоки. Применяют однобортовые и двухбортовые продольные и поперечные, а также веерные системы разработки, снапорным, самотечным и самотечно-напорным транспортированием пульпы. Веерные системы разработки получили широкое распространение при разработке россыпей, так как позволяют увеличить объемы пород, размываемых с одной установки землесоса [30].

К достоинствам гидравлических методов разработки горных пород следует отнести: поточность технологического процесса, сокращение объемов горно-капитальных работ, сравнительно невысокую стоимость оборудования, возможность попутного обогащения полезного ископаемого.