10.2. Разрушение горных пород струей воды
Основными факторами, определяющими эффективность гидравлического разрушения горных пород, являются физико-технические свойства пород, угол их падения и мощность, параметры струи (скорость вылета из насадки, расход воды, диаметр насадки, дальность полета струи, сила удара струи о забой) и технология размыва.
К физико-техническим свойствам, существенно влияющим на эффективность размыва, относятся коэффициент фильтрации, гранулометрический состав пород, их плотность, пористость, влажность, пластичность, размокаемость и коэффициент сцепления.
Плотность и компактность струи гидромонитора обеспечиваются тщательной полировкой канала ствола и встроенными в него направляющими ребрами.
Эффективность разрушения горных пород зависит также от расстояния выходного отверстия гидромонитора до забоя. При дистанционном управлении гидромонитором можно увеличить разрушающую силу струи воды за счет его максимального приближения к забою.
Минимальное и максимальное расстояния гидромонитора (в м) от забоя (рис. 10.3) определяются по выражениям
где Ну — высота разрабатываемого уступа, м;
С — шаг передвижки гидромонитора, равный или кратный длине одного звена трубы водовода (С = 6 – 12 м и более).
В интервале от Lmin до Lmax эффективность разрушения горных пород падает. При этом для организации эффективного стока пульпы площадка должна иметь уклон в сторону зумпфа величиной 15 – 20 %, в результате чего между передвижками гидромонитора образуется недомыв породы (см. рис. 10.3). Это ведет к снижению высоты уступа и к необходимости систематической уборки недомыва с помощью вспомогательных механизмов (бульдозеров).
Более эффективному разрушению подвергаются песчаные породы, так как они обладают значительным коэффициентом фильтрации и малой связностью частиц.
Глинистые породы обладают малым коэффициентом фильтрации и большой связностью частиц, и их разрушение в значительной степени зависит от величины сил сцепления, пористости и пластичности, а также от возможной степени проникновения воды внутрь массива.
Процесс разрушения горных пород струей воды состоит из подрезки забоя или образования вруба, смыва обрушенной породы, уборки недомыва и чистки канавок. Подрезка забоя и его обрушение способствует разрыхлению породы. Подрезной вруб имеет высоту 0,2 – 0,4 м; глубину — 1,5 – 2 м.
В связи с большой трудоемкостью работ при подрезке вруба его высота принимается минимальной. При этом для подрезки вруба требуется большой напор и малый расход воды, а для смыва обрушенной породы — увеличенный расход воды при малом напоре. С этой целью регулируют режим работы насосных станций, меняют насадки или применяют спаренные гидромониторы.
Технологию смыва обрушенной породы стремятся совместить с подрезкой забоя. Это необходимо для того, чтобы вода после подрезки использовалась для смыва. Во избежание оседания твердых фракций по пути движения к землесосу поступающая в зумпф пульпа должна иметь примерно постоянную консистенцию (количественное отношение твердого к жидкому).
Ширина забоя гидромонитора (в м)
Годовая производительность по горной массе одной гидромониторно-землесосной установки 20Р-11 на вскрышных работах Южно-Лебединского карьера составила от 600 до 1350 тыс. м3. Выработка на 1 ч чистой работы составила от 400 до 500 м3 породы.