книги из ГПНТБ / Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие

Технологический ком­ плекс гидромеханизации при ведении буровых ра­ бот в общем случае вклю­ чает технические средства для приготовления про­ мывочной жидкости или тампонажного раствора, обеспечения циркуляции (нагнетания) гидросмеси в скважину (в межтрубное или затрубиое простран­ ство), а при бескериовом бурении — обезвоживание породы. При бурении глу­

расходов на проходку сква­ жины.

На рис. 43 приведена типичная технологическая схема, которая с некото­ рыми изменениями в каж­ дом конкретном случае используется для приго­ товления и гидротран­ спорта как промывочных жидкостей, так и тампо­ нажных растворов на буровых установках. Пере­ качка гидросмеси по тру­ бам является важнейшей частью процесса циркуля­ ции промывочной жидко­ сти или цементации сква­ жин (и шахтных стволов).

Приготовление гидро­ смеси производится в этом случае на поверхности. Глина или цемент автосамосалами загружается в приемный бункер, из которого ленточным кон­ вейером транспортируется к питателю-дозатору. От­ сюда материал поступает

130

в две пропеллерные растворомешалки, где приготовляется гидро­ смесь требуемой концентрации. Далее смесь самотеком^перели­ вается в расходные пропеллерные растворомешалки, откуда буро­ вым насосом перекачивается по трубопроводу в забой скважины. Питание растворомешалок водой производится от водопровода или резервуара (с помощью центробежного насоса).

Для непрерывной циркуляции промывочной" жидкости, ее акку­ муляции и частичной регенерации предусматривается дополнитель­ ное технологическое звено с трубопроводной системой циркуляции жидкости от бурового насоса. Сюда входит небольшой гидроотвал для складирования бурового шла­ ма и осветления воды, гидроцик­ лоны и др.

Для приготовления химических реактивов в схеме рис. 43 преду­ смотрен резервуар 9, из которого разведенные реактивы по трубам подаются в? растворомешалки. Эти реагенты, иначе называемые ПАВ (поверхностно-активные вещества), используют для придания боль­ шей текучести структурной гид­ росмеси.

Нагнетание цементного раство­ ра в скважины и в стволы про­ изводится соответственно с поверх­ ности или из забоя, куда цемент­ ный раствор подается самотеком. В первом случае цементный рас­ твор может нагнетаться одновре­ менно и в несколько скважин

из одной буровой насосной установки. При подаче раствора по од­ ной трубе гидросмесь направляется в скважины с помощью специ­ ального распределительного вентиля, к которому подсоединяются высоконапорные шланги. Давление раствора, нагнетаемого в сква­ жину, регулируется по показаниям манометра. По окончании нагне­ тания скважина на время затвердевания цементного раствора пере­ крывается.

При повышенных расходах промывочной жидкости и бурении куста скважин применяют схемы приготовления и гидротранспорта с аккумулирующей емкостью. В этом случае в технологическом комплексе предусматривается емкость с побудительным устрой­ ством для аккумуляции и хранения определенного запаса гид­ росмеси.

При бескерновом бурении (в том числе гидролотами) обработка проб, получаемых в виде гидросмеси, ведется на аппаратах гра­ витационного обогащения или на специальных установках (в зави­ симости от геологических требований в бурению). Технологическая

схема включает узлы для отделения (регенерации) раствора, а при необходимости дозатор ПАВ или абразивного материала (песка, дроби и др.), как это показано на рис. 44.

§ 2. КОМПЛЕКСЫ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ПРИ ПРОХОДКЕ ТРАНШЕЙ, ОПРОБОВАНИИ РОССЫПЕЙ

II ВЕДЕНИИ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ

П р п п р о х о д к е г е о л о г о р а з в е д о ч н ы х в ы р а ­ б о т о к на поверхности (траншей и др.) порода из забоя подается на обогатительные установки (шлюзы) для промывки проб большого

Рпс. 45. Технологическая схема гидравлической проходки разведочной тран­ шеи:

1— канава; 2 — насосная станция; 3 п 4 — зумпф п землесосная установка; 5 — шлюз; 6 — дамба п 7 — водооборот

объема. Этот процесс сочетается с зачисткой плотика россыпи в вы­ работке, что обеспечивает получение наиболее обоснованных раз­ ведочных данных (для подсчетов запасов в особенности).

По такой схеме ведется разведка и ранее отработанных рос­ сыпей. Для размыва породы применяют обычно гидромониторы, транспортирование горной массы на шлюзы ведется по трубам с помощью грунтовых насосов. На рис. 45 приведена типичная тех­ нологическая схема с комплексом гидромеханизации, включающим гидромониторную и землесосную установки.

При такой схеме первоначальный котлован для проходки тран­ шеи углубляется с помощью грунтового насоса, который переносится на нижние горизонты по мере углубления. После углубки траншеи грунтовой насос устанавливается на плотике россыпи. Траншеи про­ ходятся вкрест простирания месторождения (и располагаются на

132

1,5—2 до 3—3,5 км одна от другой). Ширина траншей но плотику около 25 м, по верху 55 м, длина до 150 м, глубина до 8 м.

Особенностью схемы является использование дизельных приво­ дов (для отдельных районов) и расположение гидротранспортного оборудования в специально построенных и закрепленных шурфах (глубиной до 16 м в зависимости от мощности осадков). При такой схеме достигается расположение грунтового насоса ниже уровня жидкости в зумпфе (т. е. наиболее благоприятное). Расстояние гидротранспортирования составляет до 1 км, а иногда и более.

Рис. 46. Технологическая схема гидравлического проведения заходки:

1 ц г — желобы; з и 4 — гидромониторы; 5 — зумпф; в — отвал; 7 — трубопровод; S — струйный насос; 9 — резервуар

Для переоценки отдельных участков россыпей,' особенно^в мерз­ лых породах, проходят заходки с применением простейшего ком­ плекса гидромеханизации по схеме рис. 46. Отличительной особен­ ностью его является применение струйного насоса (гидроэлеватора) для транспортирования горной массы на шлюз, а также гидравли­ ческого вашгерда. Б этом случае расстояние транспортирования со­ ставляет до 30—50 м при высоте подъема до 3—3,5 м.

Данная схема особенно целесообразна при опробовании рыхлых отложений, содержащих включения валунов и крупнокускового обломочного материала. В таких условиях подача гидросмеси из зумпфа на шлюзы затрудняется при применении напорного гидро­ транспорта (особенно грунтовых насосов). Гидравлические шлюзы работают неудовлетворительно, так как подача на шлюзы горной массы с большим содержанием камней неравномерна и сопровождается частыми авариями (закупорками горловины струйного насоса и пр.). В этих условиях и применяют гидравлические вашгерды.

133

системы. Пропускаемый в траншею водяной поток увлекает делювий, разрушает рыхлый покров до вскрытия коренных пород.

i- Л р и в е д е н и и в с к р ы ш н ы х р а б о т н а р а з р е ­ з а х отличительной особенностью технологии с гидромеханизацией является значительный масштаб производства. Разрабатываются в забоях и перемещаются гидравлическим транспортом в объемы породы от 1 до 10 млн. м3 и более в год.

В зависимости от горно-геологических условий эксплуатации месторождения (особенно степени обводненности, физико-механи­ ческих свойств пород) гидромеханизацию на вскрышных работах применяют по следующим технологическим схемам:

1) при разработке несвязных и малосвязных пород — гидрораз­ мыв в сочетании с гидротранспортом;

2) при разработке связных пород — гидроразмыв в сочетании с предварительным рыхлением целика (ВВ или экскаватором) и гидро­ транспортом; вариант этой схемы — гидротранспорт вскрыши от экскаватора;

3) при разработке пород в обводненных карьерах с затоплен­ ной подошвой уступа — землесосными снарядами.

При разработке рыхлых (несвязных или малосвязных) пород работы ведутся гидромониторами в сочетании с напорным гидравли­ ческим транспортом (по схеме рис. 45). Если породы представлены в основном суглинками и мелкозернистыми песками и лишь в отдель­ ных случаях пропластками плотного мела или тинистого сланца, то соответственно потребный напор гидромониторов составит от 30—40 до 80—ЮО^м (последнее для плотных пород).

Перекачка рыхлых пород вскрыши от забоя ведется полустационарными землесосными установками. С удалением забоя от уста­ новки (более 20—30 м) производительность их резко уменьшается, поскольку при самотечной доставке часть породы выпадает из гидро­ смеси и ее приходится вторично размывать.

Опыт показал, что при расположении землесоса вблизи забоя производительность одного рабочего на вскрыше достигает 260— 320 м3 в смену. Расход электроэнергии в этом случае не более 2,5 квт-ч на 1 м3. При удалении забоя на расстояние до 60 мот земле­ соса производительность одного рабочего на вскрыше уменьшается до 160 м3 в смену, а расход электроэнергии увеличивается до 4— 5 квт-ч при прочих равных условиях.

Передвижка крупных землесосных установок представляет со­ бой весьма трудоемкий процесс. Так, на передвижке установки из одного забоя в другой на расстояние около 400 м (с демонта­ жом |и монтажом) трудоемкость работ составляет 40 чел.-смен. Опыт свидетельствует о том, что на передвижку требуется в сред­ нем 25% рабочего времени, если заранее не подготовлена резерв­ ная землесосная установка.

Чтобы избежать частых передвижек землесосных установок, применяют длинные всасы. При благоприятных условиях (малая высота всасывания и большие диаметры труб) горизонтальная длина

135

всаса землесосной установки достигает 100 м (при работе на су­ глинистых гидросмесях). Работа с удлиненным всасом оказывается более экономичной, чем эксплуатация землесосной установки с ча­ стыми передвижками. Однако при работе на густых гидросмесях или кусковых материалах землесосные установки с длинным всасом заметно снижают производительность.

С целью повышения эффективности работы землесосных уста­ новок на ряде карьеров проводились опытные работы по примене­ нию самоходных установок. По опыту работы таких установок агрегат за 4 ч передвигается в обычном забое самоходом на рассто­ яние 120 м, т. е. со скоростью 0,5 м/мин, в то же время для пере­ движки обычных полустационарных землесосных установок на такое

Рпс. 47. Схема ведения вскрышных работ с предварительным рыхлением породы:

1 — уступ; 2 — экскаватор; 3 — отвал; 4 — гидромонитор и 5 — канава к зунпфу

расстояние требуется до 2—3 смен. В технологических схемах гидро­ механизации на вскрышных работах передвижные агрегаты обору­ дуют гидроприводом (для регулирования) и дробилкой.

Рассматриваемая технологическая схема наиболее эффективна при разработке несвязных, особенно песчаных и супесчаных пород. В этом случае транспортирование осуществляется при высоком со­ держании твердой фракции в гидросмеси (при s до 0,3).

Если вскрыпгные породы представлены плотными породами (в т. ч. слабо сцементированными песчаниками, сланцами и плотными суглинками), то гидромеханизированные работы ведутся с предвари­ тельным рыхлением экскаваторами. Разрыхленная порода склади­ руется на площадке уступа, откуда ее смывают струей гидромони­ тора с напором около 60 м (рис. 47) в канаву или желоб.

Данная технологическая схема наиболее эффективна при ослож­ нениях с применением колесного транспорта, возникающих при наличии размокаемых и обводненных пород в подошве уступа. Гидро­ транспорт по трубам позволяет разместить отвалы па значительном расстоянии (до 6—8 км) и существенно упрощает эксплуатацию технологического комплекса.

136

В трубопроводах диаметром порядка 400 мм рабочие скорости принимаются около 3—4 м/с, а удельные потери составляют в сред­ нем до 0,03—0,04 м вод. ст./м. Поэтому в системе гидротранспорта используют две-три (и более) перекачных станций.

По опыту расход электроэнергии экскаватором на рыхление 1 м3 пе­ счаника составляет 1 квт •ч, а на размыв и транспортирование 1 м3 по­ роды— около 3 кВт-ч. Для сравнения укажем, что при гидравличе­ ской разработке глинистых пород без предварительного рыхления расход электроэнергии составляет 5—5,5 кВт ■ч на 1 м3. Поэтому рас­ сматриваемая схема по расходу энергии может быть достаточно эко­ номичной.

Опыт разработки весьма плотных суглинков показал, что на­ пор струи 60—70 м вод. ст. недостаточен для эффективного размыва пород. При увеличении напора до 120—150 м вод. ст. производитель­ ность увеличивается, а удельный расход воды снижается. Поэтому должны прорабатываться варианты технологических схем для каждого конкретного месторождения.

Вариантом технологической схемы гидромеханизации на вскрыш­ ных работах с предварительным рыхлением плотных пород является применение напорного гидротранспорта непосредственно от экска­ ватора (рис. 48). В этой схеме приготовление гидросмеси производится на полустационарной дробильно-сортировочной установке, которая сочетается с приемником гидросмеси.

В сложных горно-геологических условиях, например, при зна­ чительном обводнении месторождения вскрышные работы целесо­ образно вести по технологической схеме с применением мощных плавучих гидротранспортных установок (земснарядов). На рис. 49 приведена такая схема ведения работ. В породах разной степени обводненности и трудности гидравлического всасывания эта схема выполняется с использованием устройств для рыхления (мониторов, рыхлительных головок на всасе и др.).

Известны многие крупные месторождения (например, Лебедин­ ское железнорудное на КМА и др.), на которых вскрыша представ­ лена мелом, песчано-гравийными породами и суглинками. Полезное ископаемое простирается ниже уровня грунтовых вод на 20—60 м.

Породы вскрыши таких месторождений разрабатываются пла­ вучими установками, оборудованными мощными грунтовыми насосами общей производительностью гдо 25 тыс. м3 породы в смену. Трубо­ провод гидравлического транспорта включает участок труб длиной около 1—1,5 км, проложенных на^понтонах, и участок трубопро­ вода длиной до 6 км, проложенный по поверхности; диаметр труб обычно 0,7 м. В транспортную систему включает перекачные станции.

Опыт показывает, что применение рассмотренных выше техно­ логических схем гидромеханизации даже для современных крупных разрезов (на которых возможно применение наиболее производитель­ ной землеройной техники) во многих случаях наиболее эффективно. Хотя для гидромеханизированных комплексов обычно характерны

137