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

Извлечение полезных компонентов из руд по этой технологии происходит в недрах на месте их залегания, чем и определяются особенности технологии. Имея много общего, комплексы гидромеха­ низации в то же время отличаются при извлечении металлов из месторождений осадочного и гидротермального генезиса. Существенно

Рудный массив

Подготовка к выщелачиванию

(Разрушение руды сооружение ■системы улавливания растворов)

I

Выщелачивание подготовленной руды в блоках

Сбор продукционного раствора

Извлечение металла из растворов

Раствор Концентрат

металла (в смоле )

Рис. 66. Принципиальная схема процесса подземного выщелачивания металла из скальных руд

влияют на эти схемы при­ менение шахтной или бесшахтной добычи полезного иско­ паемого.

Не ставя задачу рассмотреть все многочисленные разновид­ ности комплексов гидромеханизации при геотехнологических мето­ дах работ, приведем лишь две принципиальные схемы применительно

кместорождениям осадочного и гидротермального происхождения. На выбранном участке под выщелачивание выделяют горизон­

тально залегающие осадочные месторождения, например, урановых руд. Комплекс гидромеханизации включает:

систему пробуренных по определенной сетке с поверхности нагнетательных, откачных (разгрузочных), наблюдательных и конт­ рольных скважин;

систему трубопроводов, подводящих химический реагент и от­ водящих обогащенные металлом растворы;

устройства (машины) для подъема по разгрузочным скважинам продукционных растворов (эрлифты, водоструйные установки, глу­

160

бинные поршневые п плунжерные насосы, электропогружные и арте­ зианские центробежные глубинные насосы и др.);

сборный зумпф и сорбционная установка для сбора из скважин и переработки продукционных растворов;

пульт автоматического контроля и управления всем процессом выщелачивания;

компрессорную установку (станцию) и небольшие вспомогатель­ ные сооружения.

Все элементы этого комплекса важны, однако успешная работа участка подземного выщелачивания в значительной мере зависит от качества пробуренных и оборудованных скважин (рис. 65). Спе­ цифической особенностью сооружения и эксплуатации этих сква­ жин является применение полиэтиленовых и фанерных труб (вместо дорогостоящих из нержавеющей стали).

Выщелачивание металла, например, урана из бедных руд скаль­ ного типа осуществляется на стадии доработки месторождений шахтным способом. Это во многом обусловливает и применение ком­ плекса гидромеханизации. Часть руды, выдаваемая из шахты на поверхность, также может перерабатываться выщелачиванием в от­ валах. Принципиальная схема подземного выщелачивания металла из руд этого типа показана на рис. 66.

Химические реагенты (например, сернокислые растворы) по­ даются в блоки для орошения разбуренной руды по полиэтиленовым

дии выщелачивания) по дренажным скважинам, пробуренным в дни­ щах блоков, транспортируются непосредственно в центральную насосную станцию, расположенную на самом нижнем горизонте,, системой трубопродовов, соединенных с участковыми зумпфами. С помощью электровакуумных установок все растворы улавливаются на уровне трещинных вод массива.

Растворы с содержанием металла, переработка которых эконо­ мически выгодна на поверхностной сорбционной установке, пере­ качиваются в сорбционные колонны этой установки. Растворы же с содержанием ниже этого минимума насосами из участковых зумп­ фов перекачиваются в передвижные сорбционные колонны.

11 Заказ 545

Г л -а в а VII

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ (РАЗМЫВА) ГОРНЫХ ПОРОД

§1. ВИДЫ II ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ОБОРУДОВАНИЯ

Вкомплексах гидромеханизации для разрушения (размыва) горных пород применяется следующее оборудование: гидромони­ торы, насосы, водоводы, устройства для дистанционного управления, различное вспомогательное оборудование и арматура (задвгокки, соединения, краны и т. п.).

Взависимости от условий применения в подземных выработках пли на поверхности оборудование для гидравлического рузруше-

ния имеет различное конструктивное исполнение. Это различие в исполнении определяется для подземных условий стесненными габаритными размерами горных выработок, сравнительно высокими напорами, требуемыми для разрушения горных пород, и повышен­ ными требованиями техники безопасности. В свою очередь, для от­ крытых работ — масштабами горных выработок, разнообразием горнотехнических условий и эксплуатацией оборудования в изме­ няющихся температурных и погодных условиях.

В связи с этим, хотя для подземных и открытых горных (и гео­ логоразведочных) работ применяют в основном одинаковое по наз­ начению оборудование, типоразмеры его и параметры отличаются существенным образом. В табл. 9 приведены технические данные по гидромониторам для подземных и открытых горных выработок. Отмеченные выше особенности вовсе не исключают, например, целесообразности применения малогабаритного подземного обору­ дования для выполнения отдельных работ на поверхности (очистка водосборников, проходка выемок и т. п.).

Технические данные по насосам приведены в табл. 10. Этими данными не исчерпывается разнообразие применяемых типоразме­ ров оборудования.

Заметим, что типоразмеры и технические характеристики по осиовиому и вспомогательному оборудованию устанавливаются соот­ ветствующими ГОСТами (на насосы ГОСТ 10272—62). Отдельные виды оборудования, например, для высоконапорных гидравлических

162

Т а б л и ц а 10

Технические характеристики насосов для воды

машиностроительные заводы.

струи выпускаются малыми сериями рядом заводов (Воронежским машиностроительным заводом иасосы плунжерные с расходом до 20— 25 м3/ч и напором 5000 м вод. ст. и более; Уралмашзаводом — па­ сосы поршневые с расходом до 90 м3/я и напором до 3200 м вод. ст.).

Промышленностью осваивается и такой вид нового оборудова­

в ы п о л н я ю т с я в в и д е с б л о к и р о в а н н ы х г и д р о ­ м о н и т о р о в в ы с о к о г о и н и з к о г о д а в л е н и я ( с о ­ о т в е т с т в е н н о в р у б о в о г о и с м ы в н о г о ) на одной платформе или в виде режущего органа с несколькими насадками для струй высоких параметров (в т. ч. в сочетании с механическими разрушающими или отвальными приспособлениями). В отдельных случаях элементы гидравлических установок включают в конструк­

дравлической струи, а также управления ею. Гидромониторы для работы в открытых или подземных выработках состоят из следующих составных частей (рис. 67, 68): подводящего патрубка, шарниров, ствола с насадкой, приспособлений для укрепления монитора (са­ лазки) и его управления.

164

На рис. 67 показана конструктивная схема гидромонитора для открытых выработок. Ее особенностью является использование двух фигурных патрубков плавного очертания для подвода воды, двух шарниров — горизонтального и вертикального (позволяющих вращать ствол); для ручного управления гидромонитором к стволу крепится рычаг с противовесом (на рисунке не показан), а для передвижения используют салазки.

В конструкциях соединения верхнего колена с нижним исполь­ зуется шарикоподшипниковая обойма. Основные узлы гидромонитора изготовляются из стального литья. Соединение отдельных элемен­ тов осуществляется с быстроразъемными фланцами, что облегчает процесс демонтажа и переноса гидромонитора. В горизонтальном шарнире используются самоуплотняющие сальники.

Рпс. 67. Конструктивная схема гидромо­ нитора типа ГМН-250:

1 — нижнее колено; 2 — фланец; 3 — подкос; i —

струи определяется условиями ее формирования в каналах ствола гидромонитора. Это достигается соответствующей обработкой де­ талей и правильной (тщательной сборкой). Все трущиеся части тщательно обрабатываются.

Для гидромониторов применяют насадки с конической сходя­ щейся частью (угол конусности около 13°) и цилиндрическим пат­ рубком на конце. Каждый гидромонитор снабжают несколькими насадками (с различными выходными диаметрами) для обеспечения изменения расхода воды. Внутренняя поверхность литых насадок тщательно шлифуется.

Гидромониторы для работы в подземных выработках (см. рис. 68) имеют следующие конструктивные особенности: они выполняются с подводящим патрубком и двумя обводными каналами на уровне вертикального шарнира, обеспечивающими надлежащую жесткость и устойчивость конструкции. Крепление ствола предусматривается на быстроразъемном соединении.

165

Для придания стволу колебательных движений (за счет реак­ тивного действия вылетающего из насадки потока) предусматри­ вается устройство с пружинными упорами. Конструкция крепится к салазкам и отличается компактным размещением основных частей.

Гидравлическое разрушение начинают с наименьшего допуска­ емого правилами техники безопасности расстояния гидромонитора

Рпс. 68. Конструктивная схема гидромонитора типа РГМ-1м:

1 — салазки; 2 — подводящий патрубок; 3 — маховик; 4 — пружины и крепление; 5 — соединение фланцевое; 6 — поворотная головка; 7 — соединение быстроразъеыиос! S — тяга;

в — ствол; ю — насадка; 11 — муфта

от груди забоя. Поскольку удельное давление струи по мере уда­ ления от забоя уменьшается, для поддержания заданной произ­ водительности гидромонитора его необходимо периодически пере­ двигать. При наличии салазок и подключения гидромонитора через быстроразъемное соединение передвижка осуществляется сравни­ тельно быстро. Для снижения потерь времени до минимума на передвижки применяют телескопические соединения гидромонитора с водоводом.

К о л и ч е с т в о г и д р о м о н и т о р о в в забое устана-

•вливается в зависимости от объема вынимаемой породы и удельного расхода воды с учетом производительности средств гидротранспорта. При гидравлическом расчете гидромонитора определяют:

166

1) расход воды по формуле (1.12), откуда следует диаметр насадк на выходе

где 0 ,5 ^ 1 / — — объединенное значение постоянных параметров

'ря У 2g

икоэффициентов; ц ;=« 0,92 — коэффициент расхода;

2)потери напора в гидромониторе в соответствии с (1.25)

фициентов в формуле Дарси — Вейсбаха; для гидромониторов в зави­

где У5 — объем породы, подлежащей выемке, м3; t — время работы, ч (при постоянном удельном расходе воды q, м3/м 3); К = 0,65—0,85 — коэффициент использования оборудования.

При расчете производительности гидромониторов для подземных выработок, где применяют по одной установке, по формуле (III.21) должны уточняться удельный расход воды и диаметр насадки по опытным данным.

Н а с а д к и обеспечивают завершающую стадию формирования гидравлической струи. Их влияние тем значительнее на данный процесс, чем выше напор на выходе потока из нее. Большая экспе­ риментальная работа по оценке насадок различных профилей и успокоителей выполнена в ИГД им. А. А. Скочинского.

. Испытывались насадки различных профилей. Оказалось, что удельное динамическое давление на всех расстояниях от насадки наибольшее у насадок, представленных на рис. 69, аж б (при прочих равных условиях).

Конструктивные размеры насадок:

167

При работе следует учитывать, что насадки больших размеров сохраняют свои первоначальные динамические характеристики на больших расстояниях.

При подземной гидравлической разработке угольных пластов в основном применяются гидромониторные струи с напорами воды от 400 до 1000 м вод. ст. и с диаметром насадок от 17 до 32 мм. Лучшие результаты дают гидромониторы с успокоителями.

Действие успокоителей на формирование струи в канале ствола гидромонитора оценивается по величине осевого динамического давления. Оказалось, что струя с наибольшим осевым динамическим давлением формируется при условии установки успокоителя сотового

место установки успокоителя — расстояние от конусной части ствола до успокоителя, приблизительно составляющее 2 D ствола.

Успокоители (рис. 70) изготовляются в виде цилиндрического стакана с внутренним диаметром, меньшим диаметра ствола. Попе­ речные ребра выполняются из стальных пластинок толщиной 1 мм.. В расточку ствола можно устанавливать одновременно несколько стаканов.

§ 3. ГИДРОМОНИТОРЫ С ДИСТАНЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Совершенствование технологии работ с гидравлическим раз­ рушением горной массы или породного целика в значительной степени определяется качеством выполнения отбойных операций: вруба, последовательности и времени воздействия на отдельные части целика и поддержания заданного расстояния гидромонитора от забоя. Успешное ведение этих операций при ручном управлении требует определенного навыка и зависит от ряда факторов: степени видимости груди забоя, квалификации оператора, требований тех­ ники безопасности в части приближения гидромонитора к забою.

Освоение дистанционного управления работой гидромониторов обеспечивает повышение эффективности операции размыва. Приме­ нение этого вида управления позволяет для определенных типовых

168

обстановок располагать конкретными программами выполнения отбойных операций в зависимости от горнотехнических условий.

Дистанционное управление (рис. 71, 72) осуществляется с приме­ нением электрогидравлической или гидравлической системы. Для гидромонитора, показанного на рис. 71, может применяться любая система. Рабочей жидкостью в любом случае является трансфор­ маторное масло. Оно распределяется но узлам от маслонасосной станции, состоящей из насоса и гидропривода. В применяемых конструкциях источником энергии для насоса является электри­ чество.

Перемещение ствола в горизонтальной и вертикальной пло­ скостях выполняется при помощи гидравлических цилиндров. Меха­ низмы и устройства управления: масляный насос с электродвигателем,

Рис. 71. Гидромонитор ГМН-250 с дистанционным управлением:

1 —гидравлическиецилиндры; 2—шланги; S —пультуправления; 4 —салазки; J—опора

золотниковый переключатель, масляный бак и шланги размеща­ ются на дополнительном основании. Дистанционное управление гидромонитором ведется с переносного пульта, на котором уста­ навливается пусковая электрическая (кнопки) или гидравлическая аппаратура (краны).

В случае автоматического управления в систему включаются исполнительные механизмы, реле времени и различная командная аппаратура.

Система дистанционного управления для гидромониторов, рабо­ тающих в подземных выработках, принципиально не отличается от таковой на других гидромониторных установках (см. рис. 72). В эту систему включают дополнительно блок автоматики для обеспечения работы гидромонитора по определенной программе. В блоке про­ грамма движения ствола записывается на специальной ленте. При помощи специального механизма эта лента протягивается через «читающее» устройство, которое и передает команду на гидроци­ линдры.

Из новейших конструкций системой дистанционного (или авто­ матического) управления снабжены гидромониторы ГМС-Д-300 (для открытых выработок) и ГДЦ-5м (для подземных выработок) по разработкам соответственно институтов Гипроуглеавтоматнзация и ВНИИГидроуголь.

169