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

поршень в обойме. Освобожденный поршень вместе с породой про­ ходит через лепестковый клапан внутрь трубы. Внедрение пробоот­ борника происходит под действием кинетической энергии, накоплен­ ной им во время свободного падения и гидростатического давления.

Направляющее устройство представляет собой изогнутый в вер­ тикальной плоскости желоб с закрепленными в нем вращающимися роликами, по которым производится спуск и подъем пробоотбор­ ника. Устройство снабжено специальными рычажными приспособле­ ниями для закрепления пробоотборника в удобном для разгрузки положении и зажимами для крепления к фальшборту судна.

Процесс заглубления пробоотборника длится 1—2 сек, подъем занимает несколько секунд (в зависимости от глубины водоема). Таким образом, взятие пробы может происходить без постановки судна на якорь. За время перехода с точки на точку производится промывка узлов пробоотборника струей воды, сборка и подготовка его к следующему спуску.

П р и р а з р а б о т к е п о д в о д н ы х м е с т о р о ж д е ­ н и й в зависимости от горнотехнических условий комплекс техни­ ческих средств гидромеханизации выполняется в обычном (для реч­ ных русел или озер) и морском исполнениях. В последнем случае корпус плавучего основания выполняется более устойчивым в соответ­ ствии с требованиями регистра для морских судов. Кроме того, для более плотных (а часто и более грубых) осадков морского дна тре­ буются грунтозаборные устройства повышенной механической проч­

золота, олова, руд редких и рассеянных элементов применяют в ос­ новном так называемые дражные комплексы оборудования или драги. В этих комплексах, помимо оборудования для подводного (или над­ водного) черпания рыхлых пород и их подъема на борт плавучего основания (или судна), применяют обогатительные устройства, а также устройства для извлечения минералов (металла) и удаления хвостов. Этим драги отличаются от землесосных снарядов.

В технологических схемах рассматриваемых комплексов встре­ чаются два варианта грунтозаборных устройств: 1) черпакового и 2) гидравлического типов. В последнем случае комплекс имеет типичное для землесосных снарядов исполнение данного узла.

Наиболее эффективными являются черпаковые драги, в которых технологический процесс ведется с применением технических средств гидромеханизации. На рис. 59 представлена технологическая схема драги такого типа. В общем случае драги отличаются по типоразмеру, соответствующему определенной емкости черпаков. Крупными дра­ гами являются, например, 750-литровые установки.

В драге по схеме рис. 59 предусматривается при надобности раз­ деление горной массы на три класса: песчаный (или песчано-мелко­ гравийный), гравийный и валунистый. В зависимости от горнотех­ нических условий граничная крупность песчаного класса может

151

изменяться, что связано с содержанием полезного минерала. В каж­ дом конкретном случае извлечение минералов (или металла) выпол­ няется в технологической цепи обогатительных аппаратов (на схеме не показаны). В общем случае промпродукт может направляться на склад или для дальнейшей переработки на суше. Выделенные пес­ чаные или гравийные хвосты могут представлять интерес как сырье для строительной промышленности.

1

Рис. 59. Технологическая схема дражного гпдромеханпзпрованпого комплекса:

1 — цепь черпаковая; з — камиеуловптель; з — приемный лоток; 4 — бочка (наружные отверстия 8 мм); S — бочка (внутренние отверстия 135 мм); S — орошение; 7 — пескосборник; S — зумпф; 9 — грунтовой насос; 10 и Л — трубопровод на драге н плавучий; 13 — гравий­ ная шахта; 13 — конвейер на драге; 14 — плавучий конвейер

При разработке морских россыпей и месторождений строитель­ ных материалов находят применение гидромеханизированные тех­ нологические комплексы, выполненные аналогично схеме рис. 49 на основе земснарядов.

§5. КОМПЛЕКСЫ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ДЛЯ ЗАКЛАДОЧНЫХ

ИЗАИЛОВОЧНЫХ РАБОТ. ОЧИСТКА ОТСТОЙНИКОВ

При ведении закладочных работ гидромеханизированные комп­ лексы применяют в следующих технологических схемах:

1)при гидравлической добыче и последующем непрерывном гид­ равлическом транспорте закладочных или заиловочных материалов на поверхности и в шахте до выработанного пространства;

2)для гидравлического транспортирования по трубам и укладки

вмассив закладочного материала;

3)при пневматической закладке, когда потоком воды осуще­

ствляется транспортирование материала с поверхности до блока, в пределах которого доставка и укладка закладочного материала производятся пневматическим способом; в последнем случае произ­ водится обезвоживание закладочного материала с помощью простей­ ших устройств (например, водоотделителя со шпальтовым ситом).

В качестве закладочных материалов наиболее широко исполь­ зуются естественные пески, хвосты обогатительных фабрик и реже —

152

дробленые горные породы, что в первую очередь ы обусловливает применение той или иной технологической схемы.

По первой схеме в качестве закладочных материалов исполь­ зуются пески (в т. ч. рудные хвосты). Гидравлическая добыча ве­ дется вблизи расположенного карьера или хвостохранилища. В про­ цессе размыва породы (или на простейших аппаратах) выделяются и сбрасываются шламы, поскольку они затрудняют фильтрацию воды в очистном пространстве (что не относится, конечно, к заиловочиым материалам, представленным в основном глинистыми ча­ стицами в целях достижения профилактической обработки вырабо­ танного пространства от возможного самовозгорания потерянной руды или угля). Как в добыва­

стью 150—300 м3 с импеллером. При загрузке чана производится одновременно сгущение гидросмеси и отделение шламов крупностью менее 0,074 мм (количество их допускается до 25% от всего коли­ чества хвостов).

После наполнения чана (или резервуара) и образования гидро­ смеси определенной концентрации пески подаются в шахту самоте­ ком или с помощью насоса для гидросмеси по трубам диаметром 50—200 мм. В случае подачи гидросмеси самотеком горизонтальный участок трубопровода на поверхности составляет не более 7—10 м, вертикальный по шурфу — 100—300 м, горизонтальный в шахте — до 2000 м.

Отделение шламов из хвостов производится в гидроциклонах. Пески из нижнего слива циклона направляются затем в агитацион­ ный чан, откуда после перемешивания и сгущения гидросмесь с со­ держанием до 70% твердого материала (по весу) поступает в шахту по трубопроводу (в отдельных случаях на глубину до 700 м). В за­ висимости от диаметра труб и плотности гидросмеси поток переме­ щается со скоростью от 1,5 до 4,5 м.

153

Пески в хвостах целесообразны преимущественно грубые с удель­ ным весом до 3,4 кН/м3, которые легко фильтруются и служат хоро­ шим закладочным материалом. Их наилучший гранулометрический состав примерно следующий (в %): 145 мк — 5 0 ;> 1 4 5 — 50 мк — 39

и< 5 0 мк — 11.

На поверхности гидросмесь может перемещаться по горизонтали на расстояние до 1—2 км. В таких случаях для трубопроводов с диа­ метрами 50—75 мм применяют поршневые насосы. Хвосты периоди­ чески направляются к гидроциклониой батарее. Диаметр агитацион

Рис. 61. Схема закладочной смесительной установки:

1 — бункер; 2 — гидромонитор; з — лоток; 4 — насадки; 5 — насос; б — водовод; 7 — трубопровод для закладки

ного или смесительного чана 4—5 м, высота около 5,5 м. Закладоч­ ный комплекс по схеме рис. 60 обеспечивает среднесуточную потреб­ ность блока в закладочных материалах в количестве 300 т и более.

При использовании привозных песков или дробленых шахтных пород из отвалов комплекс гидромеханизации выполняется по вто­ рой технологической схеме, т. е. с образованием гидросмеси на поверхности и последующем транспортировании закладочного мате­ риала по трубам за счет напора, создаваемого вертикальным или наклонным столбом жидкости в трубах ствола или шурфа. В этом случае важнейшей частью комплекса является смесительная уста­ новка, которая для глубоких шахт располагается на промежуточном

154

горизонте. Такие установки — средние по масштабу — имеют произ­ водительность около 75 м3/ч при Т : Ж по объему 1 : 3 =— 1 : 10 (соответственно для песков и кусковой породы) и обслуживают отдельные горизонты рудника (шахты). Мощные централизованные закладочные комплексы обеспечивают с подобных установок подачу до 200—400 м3/ч песка. Такими установками обслуживаются обычно отдельные шахты (рис. 61).

В последние годы в горнорудной промышленности широко внед­ ряются варианты рассматриваемой технологической схемы закладоч­ ных комплексов с использованием ц е м е н т и р у ю щ и х д о ­ б а в о к . Приготовление гидросмеси в этом случае включает дози­ рование вяжущего материала (обычно в количестве одна часть на 10—15 частей смеси песка с водой). Цель использования вяжущих добавок I— получение монолитного закладочного массива, способ­ ного оставаться компактным при отработке целиков с массовым их взрыванием. Тогда исключается применение малопроизводитель­ ных систем для отработки целиков.

По данному варианту схемы (рис. 62) хвосты обогатительной фабрики доставляются к месту спуска закладочного материала в шахту автомобильным транспортом и разгружаются в бункер. Перед подачей в питатель в смесительной воронке производится шихтование закладочного материала путем добавки цемента.

Гидросмесь, содержащая цементирующую добавку, подается по трубопроводу в шахту. Транспортирование производства под дей­

тель и создания густой гидросмеси обеспечивается сравнительно равномерное распределение цементирующей добавки в возво­ димом закладочном массиве и, как следствие, высокая его плот­ ность. При необходимости в питатель 6 подают сжатый воздух.

Опыт горнорудной промышленности свидетельствует о значитель­ ной эффективности применения закладочных материалов с цементи­ рующими добавками. Цементация закладочного массива обеспе­ чивает выемку целиков эффективными способами.

При использовании кусковых (неразмокаемых и не сильно абра­ зивных) пород в сочетании с пневматической закладкой применяют гидротранспорт по третьей технологической схеме.

В аналогичных технологических схемах г и д р а в л и ч е с к и й т р а н с п о р т з а' и л о в о ч н ы х м а т е р и а л о в является основным звеном в комплексах гидромеханизации для заиловочных работ, которые выполняются с целью противопожарной профилактики месторождений руд и углей, склонных к самовозгоранию.

На рудниках глина для заиловочных работ добывается откры­ тым способом в небольших местных карьерах. Физико-механическая

155

характеристика этих глин следующая: ys = (25—26) кН /м3^ содер­ жание песка (по весу) около 3%, дисперсность коллоидной фрак­ ции с размерами частиц менее 2 мк около 18—20%.

Глина, добываемая экскаватором, транспортируется в автосамо­ свалах к месту приготовления заиловочной гидросмеси на уста­ новки, расположенные на промплощадке шахт. Установка для

Рпс. 62. Технологическая схема закладочных работ с использованием цементи­ рующей добавки:

1 — автомашина; г и з — бункер и смесительная воронка; 4 — склад цемента; 5 — бетоно­ мешалка; 6 — питатель; 7 и 8 — трубопровод

приготовления заиловочной гидросмеси состоит обычно из прием­ ного бункера емкостью около 20—50 м3, пластинчатого питателя и ленточного конвейера для доставки глины к глиномешалкам.

Приготовленная гидросмесь поступает в зумпф емкостью 1,2— 1,5 м3, откуда поршневым насосом (обычно типа НГ-3) по трубопро­ воду подается к заиловочным скважинам. Содержание твердой компоненты в гидросмеси регулируется путем уменьшения или

156

увеличения подали глины на конвейер (с помощью затвора бункера) или изменением расхода воды.

Как уже указывалось, заиловочная гидросмесь подается в выра­ ботанное пространство через скважины, пробуренные с поверх­ ности, или по трубам, проложенным в подземных выработках. Диаметр трубопровода на поверхности 150 мм, расстояние гидравли­ ческого транспортирования — в пределах 150—200 м. В случае подачи гидросмеси по скважинам соединение обсадных труб с маги­ стралью производится при помощи резиновых рукавов диаметром

100 мм.

Суточная производительность подобного заиловочного комп­ лекса достигает 450—600 м3 глины при максимальном отношении твердой компоненты к жидкой по весу 1 : 1,3. При выполнении заиловочных работ в значительных масштабах (профилактика шахт­ ных полей целого района) глинистая гидросмесь, получаемая спо­ собом гидромеханизации, подается по трубам к нескольким шахтам. Одной землесосной установкой обычно обслуживается несколько заиловочных скважин.

Заиливание производится при низком давлении на разгрузочном конце трубопровода, как это имеет место при возведении закладоч­ ного массива, либо при относительно высоком давлении (до 5—7 ат). В первом случае заиловочный материал вводится в выработанное пространство через скважину без значительного усилия, поэтому заиливание «слежавшихся» обрушенных пород таким способом может оказаться малоэффективным.

При ведении работ при высоком давлении на выходе из трубо­ провода обеспечивается плотное заиливание. Гидросмесь проникает по трещинам глубоко в массив породы. В этом случае в заиливаемой выработке сооружается перемычка, за которую нагнетается гидро­ смесь. По показаниям манометра, установленного в линии трубопро­ вода около перемычки, судят о процессе заиливания. При повышении давления в трубопроводе выше нормально установленного подача гидросмеси прекращается.

О ч и с т к а в о д о с б о р н и к о в и о т с т о й н и к о в , как правило, выполняется с применением средств гидромеханиза­ ции. Шлам, осевший в водосборнике, зумпфе или отстойнике, взму­ чивают, а затем насосами откачивают по трубам в сброс.

В зависимости от способа взмучивания шлама или последующего его транспортирования в практике геологоразведочной и горно­ добывающей промышленности нашли применение технологические комплексы гидромеханизации, выполняемые по нескольким техно­ логическим схемам:

1)с использованием насосов главного водоотлива;

2)с гидротранспортом насосами для гидросмеси и взмучиванием шлама механическими способами;

3)с полной гидромеханизацией работ.

При использовании пасосов главного водоотлива шламы в во­ досборнике взмучиваются струей воды из брандспойта или струей

157

сжатого воздуха, вытекающей из сопла. Затем в перемычке водо­ сборника открывается задвижка и шлам перепускают в секцию, от­ куда он откачивается насосом главного водоотлива на поверхность.

Гидравлический транспорт шламов с помощью насосов главного водоотлива применяют лишь при условии перекачки тонких илов, абразивные свойства которых практически ничтожно сказываются на износе насосов. Очевидно, что такой способ нельзя применять для очистки осветляющих резервуаров, где осаждаются крупные частицы.

Очистка водосборников при гидравлической закладке осуще­ ствляется с помощью шламовых насосов, т. е. по второй схеме. Пред­ варительное взмучивание шлама производится струей сжатого воз­ духа. Гидросмесь подается в зумпф насоса гидроэлеватором (рис. 63).

Рпс. 63. Схема очистки и откачки шламов насосом для гидросмеси в сочетании с гпдроэлеватором:

I — трубопровод для подачи шлама; 2 — насос; 3 — зумпф; 4 — гидроэлеватор; s — воздухопровод; ( п ! — иасос и трубопровод водоотлива; 8 — перемычка

Для о ч и с т к и специальных выработок-отстойников в почве для улавливания шлама сооружают несколько колодцев (длиной до 20 м, шириной до 2 м и глубиной до 1 м каждый). По всей длине отстой­ ника укладывают рельсы и деревянный дренажный желоб для воды. Колодцы выключаются из работы при помогай задвижек по мере заиливания. Осветленная вода из отстойника выходит самотеком в дренажную канавку штрека.

Над колодцами отстойника устанавливают вертикально шла­ мовые насосы таким образом, чтобы они могли переметаться по рельсам вдоль всего отстойника. Нагнетательные патрубки снаб­ жают гибкими рукавами, с помощью которых насосы соединяются с магистральным трубопроводом; диаметр трубопровода обычно 75 мм, длина до 1200 м.

Часто применяют передвижные насосные агрегаты, основными частями которых являются центробежный шламовый насос и канат­ но-пропеллерная мешалка для взмучивания гидросмеси. Установка

158

монтируется на тележке, передвигаемой с помощью руиной лебедки

(рис. 64).

При очистке осветляющих резервуаров водосборников или от­ стойников эффективно применение взмучивания и транспортирования шламов полностью гидравлическим способом. Шлам взмучивается брандспойтами (перемешивается с водой под действием напорной струи), а образовавшаяся гидросмесь стекает по уклону к прием­ ному колодцу шламовой насосной установки.

Рациональной схемой гидротранспорта шламов из шахты яв­ ляется использование трубопровода главного водоотлива. В этом

•случае достижима совместная работа шламового насоса и насоса водоотлива на один трубопровод.

Ряс. 64. Схема очистил п откачки шлама от­ стойника с помощью передвижного агрегата:

1 — мешалка для взмучивания; г — шламовый на­ сос; 3 — электродвигатель; 4 — гибкой шланг; 5 — трубопровод гидротранспорта; 6 — всасывающий па­ трубок, 7 — тройппк и S — электрокабель

По описанной схеме применяют и шламовые поршневые насосы. Одновременная работа этих насосов осуществляется при расходе шламового насоса 10—15 м3/ч и насосов водоотлива >— 100—150 м3/ч (при этом концентрация в шламовом насосе составляет примерно 50 г/л, а в трубопроводе — примерно 5—6 г/л).

§ 6. КОМПЛЕКСЫ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ПРИ ГЕОТЕХПОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДАХ РАБОТ

В горнодобывающей промышленности геотехнологические методы эффективно используют для добычи каменных и калийных солей, серы, меди, урана, золота, молибдена и других металлов. Все этапы подготовки и отработки геотехнологическими методами тесно и не­ посредственно связаны с гидромеханизацией.

159