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

Встречаются горнотехнические условия проведения выработок, при которых ограничено (или недопустимо) применение ВВ или требуется получить кусковую горную массу (например, антрацит). Для этих условий в горнодобывающей промышленности осваивается технологическая схема с применением комбинированного гидромеха­ нического способа разрушения или гидрокомбайнов (на углях). В первом случае с помощью струй сверхвысоких давлений в забое производится нарезка щелей с последующей механической отбойкой

,ь

Рис. 50. Схема технологического комплекса оборудования для гидравлического транспорта, водоснабжения п водоотлива при комбайновой проходке выработки:

1 \\ 2 — рабочий п резервный насосы для водоотлива; з и 4 — рабочий и резервный насосы для гидросмеси; 5 — водовод от насоса для подачи воды комбайну; в — трубопровод для транс­

порта; 7 — водосборник

слоев. На слабых породах (пли углях) осваивается способ разруше­ ния забоя струями повышенного давления — до (3—5) 107 Н /м 2 с последующей навалкой и доставкой горной массы конвейером

(рис. 51).

Расход воды при использовании гидрокомбайна обычно не пре­ вышает 30—40% по весу горной массы. Поэтому на конвейер посту­ пает увлажненная горная масса. При этом вследствие избиратель­ ной способности струй (т. е. разрушения по наиболее слабо сцемен­ тированным зернам, см. гл. III) достигается требуемая кусковатость.

Комплексы гидромеханизации с использованием струй высокого и сверхвысокого давления применяются в настоящее время на опытно-промышленной стадии как для гидробурения, так и для

проведения выработок.

В условиях п р о в е д е н и я б р е м с б е р г о в ы х в ы р а ­ б о т о к смешанным забоем технология работ состоит из следующих элементов. После засечки выработки в ней прокладывается метал­ лический желоб и устанавливается гидромонитор среднего давления. На расстоянии 20—30 м от сопряжения со штреком сооружаются устройства для улавливания гидросмеси и обезвоживания горной массы.

140

Б проходческом цикле работы начинаются с бурения шпуров по породе. Затем ведется гидроотбойка и смыв угля заходками глубиной 4—8 м. Угольная гидросмесь направляется в приемные и обезвоживающие устройства. Затем производится буровзрывная отбойка породы и смыв ее на желоба гидромонитором. После уборки породы на глубину 3—4 м вы­ работка закрепляется. Далее цикл повторяется.

На рис. 52 приведена тех­ нологическая схема проведе­ ния бремсберговой выработки смешанным забоем с гидроме­ ханизацией. Как следует из схемы, собственно технологиче­ ский комплекс гидромеханиза­ ции размещается в пределах проходческого участка, а шахт­ ный водоотлив служит для кругооборота воды.

Эффективность применения рассмотренной технологической схемы зависит прежде всего от шага подвигания забоя по углю с одной установки гидромони­ тора и совершенства техноло­

гических приемов смыва и гидродоставки угля и породы. Другим важнейшим элементом комплекса является узел приема и обез­ воживания горной массы.

Узел приема и обезвоживания виден на схеме рис. 52. По ней в нижней части бремсберга (или ходка) со штрека сооружаются бункеры из металла для улавливания воды и шлама (емкостью около 2—3 м3) и железобетона (емкостью около 25 м3) для горной массы. Первый бункер на уровне почвы выработки перекрывается колосни­ ками с размером щели 5 мм, установленными под углом 10—12° к горизонтальной плоскости. Основная масса обезвоженной породы самотеком направляется в большой бункер.

Отстойник оборудуется на штреке. В нем устанавливаются две перемычки, пространство между которыми плотно заполняется спрес­ сованным сеном. Перемычки имеют проем для прохода породогрузочной машины во"время очистки отстойника от шлама. При необ­ ходимости устраивается два отстойника (один в работе, другой — очищают).

П р и г и д р а в л и ч е с к о й д о б ы ч е у г л я и л и р у д в зависимости от горно-геологических условий находят применение следующие технологические схемы:

1) при разработке обводненных слабых и неабразивных руд и углей — схема с полной гидромеханизацией процессов выемки, погрузки (навалки), доставки, транспорта и подъема;

141

2)при разработке пологопадающих угольных пластов и наклон­ ных рудных тел — с применением гидромеханизации в основном для доставки или транспорта;

3)в условиях значительной протяженности шахтных полей и обводнения угольных пластов и рудных тел со слабыми и рыхлыми рудами — с применением гидроподъема и гидротранспорта на по­ верхности.

При полной гидромеханизации основных процессов в шахте не­ прерывный гидравлический транспорт от забоя до обогатительной

РпсЛ 52. Технологическая схема проходческого комплекса гндромехаипзащт:

1 —[бремсберг; 2 — водовод; 3 — колосники (сито); 4 — бункер из металла; б — железобе­ тонный бункер; 6 — трубопровод D = 325 мм; 7 — деревянная перемычка

фабрики сочетается с гидравлической отбойкой (иногда с предва­ рительным ослаблением целика взрывными работами или нагнета­ нием воды) и гидравлической погрузкой полезного ископаемого. В этом случае используется комбинированный транспорт: самотеч­ ный по выработкам в пределах блока и напорный транспорт; при благоприятных условиях самотечный транспорт осуществляется по наклонным и горизонтальным выработкам, а напорный — по стволу и на поверхности.

Отбиваемая в очистных выработках руда (уголь) крупностью до 0,3—0,4 м в поперечнике смывается струей гидромонитора в же­ лоб или вассерштрек с уклоном 0,05—0,07. Смесь воды с рудой (углем) самотеком перемещается до зумпфа напорной гидротран­ спортной установки. Здесь на колосниках производится отделение крупных кусков руды (угля), которые после измельчения в дробилке до 75—80 мм самотеком поступают в зумпф (рис. 53).

142

Гидротранспортная установка с дробилкой располагается на сопряжении выработок выемочного поля и выработок главного на­ правления к стволу.

Отбойку струей воды в сочетании с гидравлическим транспортом чаще применяют при осуществлении предварительного рыхления рудной массы в целике взрывными работами. Гидроотбойку руд

13

Рис. 53. Технологическая схема подземных очистных работ с полной гидро­ механизацией:

(угля) струей гидромонитора с напором до 1000 м без^ предвари­ тельного рыхления можно применять лишь в исключительных слу­ чаях — при разработке тектонически сильно нарушенных, слабых и имеющих значительно развитый кливаж рудного тел и пластов.

При разработке рыхлых или малоустойчивых, а также обвод­ ненных руд (углей) целесообразно вести очистную выемку с массовой взрывной отбойкой и регулированием выпуска струй гидромонитора напором 150—250 м. В этом случае имеет место гидравлическая «погрузка» отбитой руды, т. е. регулируемая подача руды в поток воды, движущийся по желобу или вассерштреку. Последующие транспортные операции производятся с использованием обычной

143

техники. Технологическая^схема работ в блоке с гидродоставкой приведена на рис. 54.

Доставка руды по почве наклонной камеры ведется проталки­ ванием кусков струей гидромониторов. В пределах аккумулирую­ щего штрека формируется открытый поток, направляемый желобом к виброгрохоту. Для осветления использованной воды в пределах

Рис. 54. Технологическая схема отработки рудного блока с гидродо­ ставкой:

1 — камера; 2 — разрезной восстающий; з — аккумулирующий штрек; i — гидро­ мониторы; 5 —* желоб; 6 — виброгрохот; 7 — зумпф; 8 — насосная камера; 9 —■ перемычка

выемочного участка в боковых породах (или отработанных выработ­ ках) устраиваются отстойники. Кусковатость руды регулируется буровзрывными работами.

В случае нежелательности обводнения очистных забоев — для угля и^при малоабразивных (и рыхлых) рудах — применяют техно­ логическую схему, по которой высокопроизводительная технология ведения очистных работ сочетается с гидротранспортом по участко­ вым и общешахтным выработкам. Эта схема наиболее перспективна для применения^при агрегатной выемке угля узкозахватными ком­ плексами.

144

Вусловиях рудной промышленности по рассматриваемым схемам добывают химическое и силикатное сырье, а также различные залежи руд, представленные конгломератами. Отработка залежи ведется системой открытого забоя. Камеры имеют в ширину от 8 до 12 м

ив высоту до 8 м. Забой обуривается с помощью буровой каретки вертикальными скважинами диаметром от 150 до 200 мм и глубиной 6—4 м каждая; отбойка ведется с помощью ВВ. Затем производится доставка или размыв с помощью гидромонитора отбитой горной массы. Подготовка руды к транспортированию ведется с примене­ нием шахтных дробильных установок. Гидросмесь рудососной уста­ новкой (или гидропитателями) перекачивается на поверхность.

Вцикле очистных работ в руднике обуривание забоя выпол­ няется примерно за 5 ч; за остальное время смены производится заряжание скважин. В следующую смену в течение 4 ч производится взрывание, а в остальное время — скреперование (или размыв) полезного ископаемого. За 4 ч из одной камеры доставляется до 400 т руды. В цикле заняты 5—6 рабочих (двое — на буровзрывных работах и трое — на смыве и откачке).

Возможно с о ч е т а н и е п о д з е м н о г о г и д р а в л и ­ ч е с к о г о т р а н с п о р т а с м е х а н и ч е с к и м п о д ъ ­ е м о м , особенно при наличии больших притоков шахтных вод. В этом случае отбитая руда в камерах может быть смыта гидромони­ тором в вассерштрек, по которому движется поток дренируемых подземных вод. Гидросмесь разгружается на колосники приемника зумпфа у ствола. Крупнокусковая руда выдается на поверхность в подъемных сосудах, а мелкие классы руды до 6—10 мм — водоот­ ливной установкой вместе с откачиваемым потоком воды.

Опыт показывает, что при значительных притоках шахтных вод, исчисляемых тысячами кубических метров в час, осветление воды в шахте затруднительно (требуются водосборники больших размеров), поэтому производится откачка загрязненных шахтных вод. В этом случае обычные центробежные насосы быстро изнашиваются. В связи с этим откачка воды при определенном содержании в пей мелких классов руды может лишь повысить экономичность водоотлива.

Для откачки шахтных вод с мелкими классами руды по стволу целесообразно применять центробежные насосы, приспособленные для работы на гидросмесях. При откачке значительных объемов воды транспорт рудной мелочи происходит в облегченных условиях (при гидросмесях Т : Ж = 1 : 15 — 1 : 25), при которых износ на­ соса и трубопровода частицами руды не является решающим фак­ тором экономичиости работы установки.

В условиях большого водонритока, значительной протяженности шахтного поля и недостаточной пропускной способности грузовых стволов находит применение технологическая схема с н е п р е ­ р ы в н ы м г и д р о п о д ъ е м о м и г и д р о т р а н с п о р ­ т о м р у д ы от ствола до обогатительной фабрики в с о ­ ч е т а н и и с м е х а н и ч е с к о й о т б о й к о й н о т к а т ­ к о й руды по горпым выработкам.

Руда (рис. 55), доставляемая к стволу в вагонетках, разгру­ жается в приемный бункер 1 дробильной установки 2. Измельчен­ ная примерно до крупности 75^—100 мм и менее в поперечнике, она подается питателем 2 в гидравлический загрузочный аппарат 3, откуда в смеси с водой дозируется в рабочий трубопровод 4 гидро­ подъема. Необходимый напор и расход воды обеспечиваются обычным центробежным насосом.

Рлс. 55. Технологическая схема гидроподъема и тран­ спорта руды из шахты на поверхность:

а — схема с замкнутым оборотом воды; б — схема гидроподъема в сочетании с шахтным водоотливом

Возможны две схемы расположения насосной станции 5: по пер­ вой схеме (см. рис. 55, а) поток напорной воды закачивают с поверх­ ности, по второй схеме (см. рис. 55, б) поток напорной воды подается из шахтного водосборника. По первой схеме транспорная установка работает с замкнутым оборотом воды, по второй г— с совмещением гидротранспорта и водоотлива (при больших притоках шахтных вод).

При замкнутом обороте воды (см. рис. 55, а) напорный поток направляется по нисходящему трубопроводу 6, увлекает куски и частицы руды, дозируемые в транспортную систему, и возвращается на поверхность по трубопроводу 4. Гидросмесь разгружается на обогатительной фабрике на грохот 7.

140

Крупные фракции руды на фабрике направляются в цикл дробле­ ния, а мелочь крупностью менее 0,5 мм в смеси с водой подается в гидроциклон 8. Из гидроциклона крупные шламы направляются на виброгрохот 9, откуда верхний продукт направляется к класси­ фикатору, а нижний в виде гидросмеси, содержащей частицы менее 0,25 мм, поступает в слив гидроциклона 10 с фильтром. Вода, от­ деленная от частиц руды, стекает в зумпф 11, откуда засасывается насосом 5 и подается в транспортную систему. Для пополнения количества циркулируемой воды в зумпф периодически подается не­ которое количество свежей воды по трубопроводу 12.

При использовании шахтных вод (см. рис. 55, б) насос 5 подклю­ чается к шахтному водосборнику 13. При этом осветленная шахтная вода по трубопроводу 6 подается в рабочий трубопровод 4. Гидро­ смесь перекачивается на обогатительную фабрику, где обрабаты­ вается на указанных выше аппаратах.

Оборудование гидравлических подъемных транспортных уста­ новок по описанным схемам возможно на крыльях шахтных полей

спрокладкой трубопровода в вентиляционных шурфах и скважинах;

вэтом случае существенно уменьшается протяженность внутришахтных транспортных коммуникаций и упрощается схема подземного транспорта. Опыт показал, что применение гидроподъема для подъема руды в отдельных случаях обеспечивает снижение эксплуатацион­ ных расходов по этой статье затрат и резко повышает пропускную способность стволов.

Заметим, что в общем случае при перемещении в потоке жидкости

дробленых кусковых руд тяжелых металлов энергоемкость гидрав­ лического транспорта существенно увеличивается, а износ оборудо­ вания может быть настолько интенсивным, что исключает возмож­ ность эффективного применения этого вида транспорта. С целью уменьшения потребных расходов энергии и скорости перемещения гидросмеси в этих условиях можно вести п е р е к а ч к у р у д ы в. с у с п е н з и и , например, магнетита и др.

Опытами установлено, что устойчивые суспензии магнетита яв­ ляются жидкостью повышенной плотности, которая без затруднения может быть возвращена к исходному пункту транспортирования и отделена от рудных шламов. Надлежащая степень текучести магнетитовой суспензии достигается при у не выше 26 кН/м3.

Применение данного варианта технологической схемы пока затрудняется сложностью регенерации суспензии (в связи с загряз­ нением ее рудной мелочью) и определенными трудностями при мно­ гоступенчатом дроблении руды в шахте.

при помощи троса лебедки, установленной на палубе. В первый момент забуривания снаряда необходимо, чтобы трос был в натяну­ том положении, иначе снаряд может отклониться от вертикали и лечь на дно. Этому же способствует и волновое воздействие на корпус и коммуникации снаряда,- а также частичный дрейф и качка плавучего основания.

При работе снаряда возможен значительный диапазон колеба­ ния концентрации гидросмеси — в пределах Т : Ж от 1 : б до 1 : 30 (по объему). Концентрация материала в гидросмеси в первую оче­ редь зависит от характера и состояния осадков, проходимых снаря­ дом в процессе бурения (песок, галька, плотные илы, глины и т. д.), а также от эффективности действия гидродолота (напорных струй из насадков). Наиболее устойчивый режим бурения эрлифтным

Для предварительной оценки подводных осадков на стадиях мелкомасштабных геологоразведочных работ целесообразно приме­ нение легких пробоотборников для взятия проб в верхних слоях (скважины глубиной 1,5—4 м). Гидромеханизированный процесс про­ ведения мелкой скважины достигается применением простейшего вакуумно-гидростатического пробоотборника.

Установка состоит из трех узлов: пробоотборника типа ВГП, направляющего устройства и силового агрегата, включающего дви­ гатель Д-300, лебедку, водяной и вакуумный насосы (рис. 57 и 58). Расположение установки в кормовой части судна показано на рис. 57.

Пробоотборник представляет собой колонковую трубу, герме­ тично закрытую сверху и снизу, из которой откачан воздух. Корпу­ сом пробоотборника служит колонковая труба, на нижний конец, которой навинчена обойма. Верхняя часть трубы герметично за­ крыта крышкой, снабженной подпружиненным обратным клапаном и серьгой. Нижняя часть трубы герметично закрыта составным поршнем, фиксируемым внутри.

Поршень предназначен для разгерметизации нижнего торца колонковой трубы во время заполнения ее грунтом. В свою очередьгерметизация достигается с помощью резиновой манжеты, устано­ вленной на поршне. Фиксация поршня производится с помощью трех стопоров, входящих в кольцевую проточку обоймы. Для удер­ жания пробы грунта в трубе служит лепестковый клапан. Внутри трубы с помощью пружинного кольца закреплен полиэтиленовый рукав, который служит упаковкой пробы грунта и значительно-

воздух. Срабатывание пробоотборника происходит при соприкос­ новении опорной пяты штока с грунтом. При этом пята вместе со штоком перемещается вверх и освобождает стопоры, удерживающие

14&