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

Для отсыпки дамб начального обвалования целесообразно исполь­ зовать вскрышные породы, содержащие наиболее крупные фракции.

Намечаются и сравниваются различные варианты расположения гидроотвалов. Принимается вариант, обеспечивающий н а и м е н ь ­ ш у ю в ы с о т у и д л и н у д а м б н а ч а л ь н о г о о б в^а-

В зависимости от условий расположения гидроотвалов на мест­ ности, характеристики пород, основания отвала и намываемой

обвалования и возводимые в процессе намыва. Первые возводятся из пород основания отвалов, способных удерживать горизонт воды в прудке-отстойнике. Для их возведения нельзя использовать породы, содержащие более 5—10% торфа и илистых фракций. Для дамб начального обвалования принимаются определенные значе­ ния возвышения гребня ее призмы над горизонтом воды в прудке: для I класса гидроотвалов — 1,3 м, для II класса .— 1,0 м и III класса — 0,8 м. Если по гребню дамбы прокладываются трубопроводы, то ширина ее устанавливается с учетом размещения труб и трубо­ укладчика. При этом значении углов заложения наружного откоса призмы дамбы принимаются: при высоте до 10 м в пределах 1 :3 — 1 : 2 (соответственно для мелких песков и гравия), а при высоте

10—20 м - 1 : 3,5 — 1 : 2,25.

Дамбы, возводимые в процессе намыва, образуются по мере наращивания отвала с последующим отводом скоплений воды к водо­ сборным колодцам. Используются породы по внутренней поверх­ ности контура отвала (в 8—10 м от нижней бровки дамбы).

и безэстакадный. Эти способы различаются условиями размещения разводящих линий трубопроводов. ' На таких участках выпуска гидросмеси и ведется собственно намыв породы. При этом поддержи­

251

вается уклон к прудку-отстойнику, обеспечивающий при расслоении

мости от масштаба предприятия с односторонним и двусторонним намывом.

При и и з к о о п о р н о м способе размещения разводящих линий трубопроводов (лотков) укладка труб производится на дере­ вянные или бетонные опоры высотой до 3 м, а их монтаж — на быстроразъемных соединениях. Намыв породы осуществляется на высоту опор. После этой операции трубы (лотки) снимаются с опор, разбираются опоры, отсыпается дамба и вновь монтируются опоры. При таком способе намыва гидросмесь выпускается из торца труб (лотков) или рассредоточенно — из отдельных отверстий по длине разводящей линии.

При э с т а к а д н о м с п о с о б е н а м ы в а гидросмесь подается на поверхность отвала (иначе называемую картой намыва) на деревянных (см. рис. 116) либо бетонных (или металлических) эстакадах высотой до 6—8 м. Намыв гидроотвала производится ярусами, высота которых зависит от годового повышения отвала (а следовательно, и его емкости) на отдельных участках. Ширина участков и число одновременных выпусков определяются в зависи­ мости от конкретных условий предприятия.

Применяют кольцевой намыв, при котором выпуск гидросмеси ведется последовательно участками по всей периферии гидроотвала. Для достижения интенсивности работ производят укладку одновре­ менно в два яруса; на каждую землесосную установку закрепляется два участка на разных ярусах (на одном ведется подготовка к намыву, а на другом — собственно намыв).

При б е з э с т а к а д н о м с п о с о б е н а м ы в а укладка породы в отвал ведется с использованием на разводящих линиях лотков при расположении подводящего трубопровода на лежаках прямо на поверхности дамбы обвалования. Трубопровод соединяется из звеньев труб на быстроразъемных (обычно раструбного типа) соединениях. Часто работа по намыву ведется с использованием крана для поддержки последнего звена труб, из которого произво­ дится торцовый выпуск гидросмеси. Это наименее трудоемкий спо­ соб. Выбор способа намыва зависит от горнотехнических условий и прежде всего от вида намываемых пород. Так, безэстакадный способ целесообразно применять на песчаных или песчано-гравий­ ных породах (т. е. породах, хорошо отдающих воду и допускающих размещение на карте намыва крана и бульдозера). Эстакадный способ применяют при сооружении стационарных (на многие годы) гидроотвалов для укладки глинистых и других плохо отдающих воду пород.

При организации отвалообразования важно определить направле­ ние фронта перемещения намыва: от плотины или ограждающей дамбы к внешним границам либо в обратном порядке. Первый вариант обеспечивает укрепление дамбы обвалования и облегчение условий

252

ее подъема; однако для этой схемы может потребоваться сооруже­ ние трубопровода большой протяженности.

П о д ъ е м д а м б производится различными способами: намы­ вом гидравлическим способом, отсыпкой экскаватором или бульдозе­ ром и др. В особо ответственных случаях (сооружения I класса) подъем дамб производится из намы­ ваемой или привозной (автотранспор­ том) породы экскаватором по схеме рис. 119.

При организации работ следует учитывать, что породы гидроотвала находятся в разрыхленном состоя­ нии. Коэффициент набухания в -зави­ симости от вида пород и технологии насоса составляет от 1,05 до 1,8 (за­ висит также от высоты слоя и време­ ни его образования). Значения коэф­ фициента набухания 1,0—1,1 харак­ терны для песчано-гравийных пород, 1,2—1,4 для тонкопесчаных и 1,4— 1,8 для глинистых, пылеватых и илистых пород (с учетом разрыхле­ ния) .

Для оценки качества намываемого отвала проводят специальные наблюдения за распределением породы на карте по крупности и за изменением коэффициента фильтрации и сопротивления сдвигу.

Контроль за сбросом осветленной воды состоит в установлении ее расхода через водосборные устройства, определении грануло­ метрической характеристики и количества содержащихся в воде мелких фракций породы. Заданная высота переливающегося слоя контролируется на водосбросных колодцах.

Водосбросные колодцы должны обеспечивать полное удаление освобождающейся из гидросмеси воды. Эти устройства должны пропускать также паводковые и ливневые воды, а также обеспечи­ вать полное опорожнение прудка-отстойника. Простейшей конструк­

253

цией колодцев является устройство с деревянным креплением и осно­ ванием в виде свай (рис. 120).

При применении для сброса освобождающейся на карте намыва воды плавучей насосной станции водозабор ведется на участке отвала, где образуется осветленная вода.

Намыв гидроотвалов наиболее эффективен при высоких концен­ трациях гидросмеси, т. е. при подаче в выпуски смеси с возможно меньшим количеством воды. Поэтому внедряют схемы с включением на разводных линиях циклонов большого диаметра, обеспечивающих отвод большей части воды непосредственно к прудку.

§ 4. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАМЫВА ОТВАЛОВ

Р а с ч е т о с н о в н ы х п а р а м е т р о в для организации гндроотвалообразования ведется в определенной последовательности с использованием простейших соотношений.

теле и объем воды в отстойнике (с учетом объема стока водосбора), м3; К = 1,0—1,8 — коэффициент приращения объема породы при укладке в гидроотвалы (для песка К ^ 1,0, супесей — 1,1, легких суглинков — 1,2, тяжелых суглинков — 1,4, глин — 1,5—1,8.

Объем воды в отстойнике принимается в количестве около вось­ мисуточного объема гидросмеси, подаваемого в отвал.

2. Строят кривые объемов и площадей гндроотвала по топогра­ фической карте района и на основе сравнения различных вариантов о к о н т у р и в а ю т о т в а л . Принятый вариант должен иметь минимальную стоимость отвалообразования за весь период существо­ вания предприятия.

3. Определяют с е ч е н и е д а м б и о б ъ е м начального обвалования гидроотвала. По опытным данным размеры в высоту и ширину гребня принимаются соответственно: для песков 5 и 2 м; для супесей 6 и 2,5 м; для суглинков 6—10 и 3—5 м (в зависимости

принимается в зависимости от рельефа местности от 0,5 до 2,5% общего объема отвала (наименьший для оврагов).

4. Производят расчет отвода освобождаемой из гидросмеси воды. Для этого определяют количество одновременно работающих колод­

254

где к = 0,85 — коэффициент потерь воды; Q и Q0 — расходы воды, подаваемой в гидроотвал (равный расходу гидросмеси) и пропускае­ мый одним водосливным колодцем при определенной высоте пере­ ливающегося слоя, м3/с.

В свою очередь, расход воды через водосливной колодец опре­

где ц 0,45 — скорректированный на условия истечения коэффи­ циент расхода; Ь — ширина водосливной части колодца, м; h «=; 0,1 ■— высота слоя сливающейся воды над стенкой колодца.

Расход воды, пропускаемый водоотводной трубой колодца

При выборе места расположения колодцев следует учитывать, что расстояние от колодца до дамб должно быть не менее 8—10 м. Число резервных колодцев для сооружения I класса определяется

рис. 119).

Специализированное оборудование для отсыпки дамб, например обвалователи типа ОПМ, выполняется на тракторном ходу. Снаб­ жается ковшовой рамой, подвешенной на поворотной платформе, и бульдозерным ножом. Может использоваться и как подъемный кран. Рассчитан на производительность до 400 м3/ч на песчаных грунтах.

Для монтажных и демонтажных работ на картах намыва при­ меняют краны, смонтированные на базе экскаваторов-драглайнов, а также трубоукладчики и специальные машины. К числу специаль­ ных машин можно отнести машину типа УМ, оборудованную на ходовой части трактора ДТ-5 с комплектом специальных вил и буро­ вого станка (для проходки скважин под опоры эстакад).

На гидроотвальных работах крупных предприятий (с объемом намыва только дамб 5—7 млн. м3) используют бульдозеры С-100

255

освоением различных методов повышения интенсивности отстоя воды в прудках (применение коагулянтов) и сгущения гидросмесей (предварительного) перед подачей их на карту намыва;

внедрением дистанционных систем аварийного предуцреждения и контроля за ходом и качеством процессов намыва.

Снижение затрат на этот цикл работ достигается при совмещении процессов намыва с другими технологическими процессами (выде­ лением крупных фракций, например, гравия или песка; сбросом шламов и т. п.). На россыпях при опробовании или гидравлической разработке намыв отвалов сочетается с применением гидровашгердов или шлюзов, а на крупных хвостохранилищах отмыв дамб ведется с включением в технологическую схему гидроциклонов.

§5. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ

ВЗИМНЕЕ ВРЕМЯ

Ведение гидромеханизированных работ в зимнее время (особенно в открытых выработках) значительно осложняется. Снижается эффективность размыва мерзлой породы, образуются наледи в ре­ зультате замерзания воды в забоях и гидроотвалах, затрудняется гидротранспорт в трубах и лотках. Указанные трудности преодоле­

проводится утепление насосных станций (в том числе обогрев решеток у отверстий отсасывающих устройств). Регламентируется время остановки системы без сброса воды (при >—3° С — до 4 ч, а при г—5,

—10, —15 и —25° С соответственно 3; 2; 1,5 и 0,5 ч). Трубопроводы оборудуются температурными компенсаторами, которые устанавли­ ваются примерно через 500— 700 м.

Удельный расход воды на гидравлический размыв породы в зим­ нее время увеличивается на 25% (в среднем). При организации работ уменьшают ширину забоя до 12—16 м и повышают подвигание

на глубину до 300 мм. В качестве дополнительной изоляции массива от холодного воздуха используют снег, регулируя его отложение с помощью деревянных или плетневых снегозадерживающих щитов. При выполнении этих мероприятий на поверхности массива созда­ ются прослойки воздуха (в разрыхленном слое почвы" и под сне­ гом), который хорошо изолирует породы от наружного воздуха.

Промерзание в этом случае лишь в сильные морозы (до 30° С и более)

ется сохранение возможно более высокой температуры гидросмеси вдоль всей трассы. Опыт показывает, что чем выше начальная тем­ пература воды и меньше длина транспортирования, тем надежнее эксплуатация установок в зимнее время.

Снижение эффективности работы гидравлического транспорта в зимнее время при работе в открытых выработках связано с увели­

бопровода). Вследствие этих причин производительность уста­ новок по материалу уменьшается, а расход энергии резко возра­ стает.

Для условий эксплуатации гидравлических транспортных уста­ новок в зимнее время по данным экспериментальных исследований характерно следующее:

интенсивность промерзания потока гидросмеси в неутепленных трубах в 3—4 раза выше, чем в утепленных;

допустимое время перерыва работы насоса с неутепленными трубопроводами в 8—10 раз меньше, чем с утепленными;

льдообразование в одинаковых условиях происходит по стенкам труб тем быстрее, чем меньше диаметр труб.

Трубопроводы, прокладываемые на поверхности в условиях суровой зимы, следует всегда утеплять. Для этой цели используются покрытия снегом слоем до 1—1,5 м, который, обтаивая, образует вокруг труб воздушную защитную прослойку. Для работы при сильных и длительных морозах (более 18—20° С) трубы следует засыпать слоем земли толщиной около 0,5—0,7 м, древесными опил­ ками или торфом, а арматуру трубопроводов (задвижки и пр.) — заключать в съемные ящики с опилками и пр. При длительных перерывах, более 1—2 ч, вода из труб в зимнее время должна вы­ пускаться с обязательной тщательной промывкой трубопровода до и после остановки. При ограниченных расстояниях магистраль­ ного транспорта достаточно вести обогрев зумпфов (например, паром) с тем, чтобы температура гидросмеси на головной станции была возможно более высокой (до 20—25° G), а у приемных устройств — не менее 0,5° С. На время остановок трубопровод должен немедленно опорожняться от воды.

Опыт показывает, что по утепленным трубопроводам диаметром 300 мм и более можно надежно перемещать гидросмеси при отри­ цательной температуре (до —25—30° С). В то же время при эксплу­ атации магистральных трубопроводов следует учитывать, что гидро­ смесь в металлических трубах без теплоизоляции при температуре

2 5S

морозах потери температуры на 2 км составляют 0,65—0,75° С. При пониженных температурах не более — 10—12° С магистраль­ ные трубопроводы можно эксплуатировать без утепления, при ско­ рости перемещения гидросмеси не меиее 2 м/с и тщательном монтаже труб (во избежание наледей).

Замерзший трубопровод можно прогреть теплоактивной смесью, содержащей извести-кипелки 1 часть, опилок 2,5 части, воды 0,7 части; температура такой смеси через 1 ч достигает 50° С.

При эксплуатации з е м л е с о с н ы х с н а р я д о в вокруг корпуса искусственным способом создается майна (т. е. незамерза­ ющая поверхность). Для этой цели применяют циркуляционные насосные установки. С их помощью вода из глубокой части водоема подается по трубам, прокладываемым по периметру бортов понтонов и поплавков. Трубопровод через каждые 1—1,5 м имеет патрубки с насадкой диаметром 6—10 мм. Через насадки выбрасываются теплые массы воды. В результате не допускается замерзание воды. Майна должна иметь такую площадь, чтобы землесосный снаряд вместе с несколькими поплавками можно было свободно передвигать во время работы.

Основной участок нагнетательного трубопровода землесосного снаряда укладывается на деревянных опорах по льду. На крупных землесосных снарядах в надпалубной постройке устанавливают для отепления электрические печи. На всасывающих трубопроводах используют сальниковые шарниры как более надежные.

В последние годы в практику внедрена новая технология зимних

путем создания автономного водоема, пополнение которого при откачке воды земснарядом осуществляется за счет притока теплых (4— 5° С) грунтовых вод.

каждого из которых равна площади годовой выработки земснаряда. По мере отработки одного такого участка оставляется узкий проход (прорезь) и затем начинается разработка следующего участка. Сроки разработки нового укрупненного участка выбираются таким образом, чтобы к первой декаде ноября можно было перекрыть пере­ мычкой соединительную прорезь и осуществить подпитку рабочего котлована только грунтовыми водами.

Поддержание майны при температуре воздуха до минус 10° С обеспечивается перемешиванием воды в забое путем перемещения земснаряда и за счет вибрации его корпуса. При температуре воз­ духа ниже минус 10° С используют два потокообразователя.

Применение описанного метода дало возможность продлить рабочий сезон земснаряда почти на четыре месяца. Ежегодный экономический эффект от эксплуатации одного земснаряда составил