misnikov_o_s_tehnologiya_i_kompleksnaya_mehanizaciya_otkryty (1)

111

грунтового насоса, типом и мощностью разрыхляющего устройства, требованиями к плавучему пульпопроводу. Усредненные техникоэкономические показатели подтверждают, что чем крупнее земснаряд, тем выше его эффективность, однако в конкретных условиях целесообразно применять небольшие агрегаты, поскольку нужно принимать во внимание, что аварийный выход из строя крупного земснаряда может принести очень большие убытки. К тому же крупные земснаряды непригодны для работы на малых глубинах. Им требуется широкий фронт намыва, возникают определенные трудности с обеспечением запасными частями, для их обслуживания необходим высококвалифицированный обслуживающий персонал.

Паспортная глубина опускания грунтозаборных устройств земснарядов должна несколько превышать фактическую глубину выемки. Учитывая, что агрегат не только разрабатывает месторождение, но и транспортирует материал на некоторое расстояние, необходимо обращать внимание на полный напор, развиваемый грунтовым насосом (Н, м). Надо убедиться, что он достаточен для подачи пульпы на заданное расстояние и нужную высоту, т. е.

где в и п – плотность воды и пульпы, кг/м3; hг и hн – гидравлические потери в пульпопроводе и высота подачи пульпы над уровнем озера, м.

При этом в неравенство нужно подставлять не средние, а максимальные значения параметров. Если невозможно подобрать земснаряд с достаточным напором грунтового насоса, то необходимо предусмотреть включение в технологическую цепь береговых перекачивающих станций. Привод агрегатов земснаряда может быть электрическим, если возможен береговой подвод энергии, дизельным или дизель-электрическим. Наиболее рациональным приводом является электрический. С дизельным приводом строят земснаряды с небольшой, обычно до 200 м 3 /ч, производительностью.

Доставка земснаряда к месту производства работ осуществляется буксировкой по воде, наземным транспортом в собранном виде (небольшие земснаряды) или в виде разборных конструкций. Малые земснаряды часто делают самоходными, используя принцип реактивного действия водной струи.

Земснаряд может работать с рыхлением или без рыхления. Всасывающая труба землесоса все время должна быть у грунта и по мере сработки слоя залежи земснаряд должен непрерывно перемещаться по забою – папильонировать. Толщина слоя, снимаемая за один раз земснарядом, составляет 0,5…1,5 м. По типу рабочих перемещений земснаряды бывают двух типов: с канатным или свайным папильонированием. В случае разработки сапропелей предпочтительными считаются агрегаты со свайным папильонированием. Они проще в эксплуатации и имеют минимальное коли-

112

чество рабочих лебедок. При этом возможно более точное координирование агрегата, однако грунт, в который углубляется опорная свая, должен быть достаточно плотным.

По производительности землесосных снарядов по грунту (м 3 /ч) их делят на следующие типы: карликовые (< 50), малые (50…150), средние (150…600), крупные (500…1000) и особо крупные (> 1000). Для добычи сапропеля крупные и особо крупные земснаряды не применяются. В основном это агрегаты производительностью от 25…40 до 400…500 м 3 /ч. Характеристики отечественных землесосных снарядов приведены в табл. 23.

Необходимо подчеркнуть, что применение средств гидромеханизации имеет ряд недостатков:

образование взвеси коллоидных частиц сапропеля в воде и отрицательное ее влияние на экологическую обстановку в водоеме;

низкая концентрация твердой фазы в пульпе;

необходимость подготовки больших площадей под карты намыва или строительства отстойников;

большие затраты на осветление воды и отвод ее в водоем;

сезонность работ;

засорение растительными остатками плавучего и магистрального

пульпопроводов.

Производительность земснарядов (Qз, м 3 /ч) определяется по формуле

где Q – подача грунтового насоса по пульпе, м 3 /ч; M г – средняя концентрация пульпы; – пористость грунта; Kt – коэффициент использования полезного времени земснаряда.

где t с – продолжительность рабочий смены, ч; n c – общее количество рабочих дней земснаряда в сезоне добычи.

Коэффициент использования полезного времени земснаряда зависит от условий, в которых работает оборудование, способов намыва, возможности совмещения подготовительных работ в забое и на площадке намыва, норм внесения сапропелей непосредственно на поля, от необходимости переноски и перекладки трубопроводов, технического состояния оборудования, квалификации обслуживающего персонала и других факторов, зависящих от местных условий. Например, при намыве в отстойники

116

ваться без разрыва потока и с разрывом. При применении схем гидротранспорта с разрывом потока при перекачивающих станциях необходимо сооружать специальные емкости-аккумуляторы пульпы, объем которых рассчитан на 30-40 минут работы земснарядов.

Таблица 25. Минимальные (критические) скорости потока сапропелевой пульпы (по данным М.З. Лопотко)

Для предупреждения температурных деформаций трубопровода (при фланцевом или сварном соединении труб) на прямолинейных участках через каждые 300...500 м устанавливают компенсаторы. Рекомендуется применение компенсаторов мембранного типа конструкции Николаева. На наиболее возвышенных местах берегового пульпопровода не реже чем через 400…600 м устанавливаются воздушники для автоматического удаления воздуха, накапливающегося в трубопроводе.

Намыв сапропеля в отстойники. Чаще всего при добыче сапропе-

лей намыв ведется сосредоточенным способом (самым простым) при устройстве одного выпуска на каждом отстойнике. Применение других способов диктуется повышением требований к однородности состава намываемого материала и сопровождается усложнением обслуживания пульпопроводов и некоторым снижением качества осветления пульпы.

Осветленная вода сливается через водосливные колодцы и по водоотводящему каналу и поступает на поля для их орошения или после дополнительной очистки – опять в водоем.

Для правильного определения размеров отстойников нужно знать динамику осаждения сапропеля по длине отстойника, глубину сезонного промерзания намытых сапропелей и толщину слоя, который можно высушить и убрать в течение сезона. В районах с неблагоприятными погодными условиями толщина слоя сапропеля в отстойнике лимитируется возможностями сушки, а в южных районах – условиями промерзания.

Общая площадь всех отстойников (Fо, га) может быть найдена из выражения

где F 2 – площадь полей, нуждающихся во внесении сапропеля, взятого из отстойников, га; H 2 – норма внесения сапропеля из отстойников, м 3 /га; H о – толщина слоя сапропеля, намываемого в отстойники, в пересчете на

117

естественную влажность сапропеля, м.

Площадь также можно вычислить, зная масштаб сезонной добычи:

где Fо*– общая площадь отстойников, м 2 ; V о – сезонный масштаб добычи сапропеля в пересчете на его влажность в отстойнике после сброса осветленной воды (w = 90…95 %), м 3 ; H – толщина слоя сапропеля, намываемого в отстойники, м.

Каждый отстойник представляет собой правильный прямоугольник, ограниченный со всех сторон земляными дамбами, высота которых примерно на 0,5 м превышает толщину намываемого слоя сапропеля. Отстойники сооружаются на весь период разработки месторождения. Половина отстойников предназначается для заполнения сапропелевой пульпой в текущем сезоне, а другая – для сушки и уборки готовой продукции после зимнего промораживания. Ширина дамб по верху составляет 2 м, а если она совмещается с дорогой, то ее ширина 5 м. Заложение откосов от 1 до 2,5. Располагаются отстойники на участках с хорошо фильтрующим основанием. Обычный размер отстойника – 50(100) × 200 м. Но он может уточняться расчетом. Длина его (L, м) определяется по скорости осаждения частиц:

где ср – средняя скорость потока пульпы в отстойнике, м/с; H – глубина наполнения отстойника, м; ос – скорость стесненного осаждения сапропеля, м/с; u – вертикальная составляющая потока, м/с.

где h – высота слоя сапропеля, намываемого в отстойник, м; А – коэффициент, учитывающий осадку намытого сапропеля к началу промерзания (до влажности 75…80 %).

Высота намываемого слоя определяется глубиной промерзания или эффективностью сушки. Коэффициент А для Ярославской области равен 2. При смещении района разработки на север он уменьшается, доходя до 1,5, при смещении на юг увеличивается до 2,5 и более.

Средняя скорость потока пульпы зависит от производительности земснаряда (Q, м 3 /с) и живого сечения отстойника:

где B – ширина отстойника, м.

В случае необходимости по этой формуле можно вычислить ширину отстойника, задавшись средней скоростью потока, при которой

118

где К – концентрация пульпы, г/л; К тр – требуемая концентрация осадка после сброса осветленной воды, г/л; С – коэффициент, зависящий от величины требуемой концентрации осадка.

Вертикальную составляющую скорости потока сапропеля в отстойнике (u, мм/с) рекомендуется определять по эмпирической зависи-

мости А.И. Жукова:

где ср – в мм/с.

Расчет глубины промерзания сапропеля в отстойнике обычно ведется по формуле В.С. Лукьянова и М.Д. Головко. При этом используются специально разработанные номограммы и инструкции, обосновывающие выбор данных.

Приблизительно глубину промерзания можно вычислить по фор-

муле Стефана:

где h – глубина промерзания, м; м – коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, ккал/м град ч; Т – время промерзания, ч; t – средняя

температура на поверхности грунта, °С; – скрытая теплота плавления льда, ккал/м 3.

Формула Стефана не учитывает ряда факторов, влияющих на глубину промерзания, и дает примерно на 25 % завышенные значения искомой величины.

Глубину промерзания сапропеля в отстойниках можно оценить по промерзанию грунта на близко расположенных участках. Например, глубина промерзания сапропеля составляет 0,6 от глубины промерзания суглинистого грунта. Ориентировочно среднюю глубину промерзания сапропеля в отстойниках в условиях средней полосы России можно принимать равной 0,4...0,5 м. Тогда глубина наполнения отстойника составит 0,8...1,0 м. Сапропель в отстойниках начинает замерзать при температуре – 0,5…– 0,6ºС.

Для определения глубины слоя сапропеля в отстойниках исходя из условий эффективности сушки учитывают испарение, фильтрацию в грунт и необходимость сброса выпадающих осадков. Расчеты показывают, что за 70 суток летнего времени можно высушить слой мощно-

119

стью около 1 м.

Объем намытого в отстойнике сапропеля (V, м 3 ) определяется по формуле

где H в – высота намыва в начале отстойника, м; L и B – длина и ширина отстойника, м; iср – средний уклон поверхности намыва.

где q – удельный расход потока пульпы.

Для надежного сброса осветленной воды выполняют расчет пропускной способности водосборных колодцев и коллекторных труб (Q к , м 3 /с):

где H k – высота слоя воды, переливаемой через стенки колодца, м; m – коэффициент расхода для водослива с тонкой стенкой (можно принять m = 0,4); b – ширина водосливной части колодца, м (обычно от 1 до 1,5 м).

Сечение коллекторной трубы (S, м 2 ) для отвода осветленной воды из колодца определяется по формуле

где – коэффициент расхода; H – высота воды в колодце, м.

где l – длина коллекторной трубы, м; d – диаметр коллекторной трубы, м.

При недостаточной пропускной способности одного колодца сооружаются комплексы. Колодцы устанавливают в наиболее удаленных от точки выпуска пульпы местах с отметками несколько ниже, чем отметки дна отстойника. По конструкции колодцы могут быть шандорного типа или трубчатые с регулируемой высотой слива.

Сброс осветленной воды производится непрерывно только до начала заполнения последнего участка отстойника. При его полном заполнении переходят на периодический сброс для обеспечения полного осветления пульпы. Продолжительность работы водослива при одном цикле заполнения отстойника должна составлять не более 16…20 часов.

Перед строительством отстойников выполняется топографическая съемка местности. Вычерчивается план местности в масштабе и с горизонталями поверхности. Площадь, предназначенную для строительства отстойников, планируют и делают разбивку, перенося на натуру контуры бу-

120

дущих отстойников, трасс пульпопроводов и подъездных путей. Полностью снимается и удаляется дерновый покров. Основание дамб заглубляется на 0,2 м ниже отметок дна отстойников. Дамбы отсыпаются бульдозерами или экскаваторами с обязательным уплотнением. При этом необходимо следить, чтобы в тело дамбы не попал дерн и почвенно-растительный слой грунта. Особое внимание следует обращать на тщательность заделки щелей между телом дамбы и водоотводящими патрубками сливных колодцев, которые рекомендуется забивать мятой глиной, тщательно ее уплотняя. Это снизит опасность протекания воды сквозь дамбу и ее размыв.

После отсыпки дамб дно отстойников выравнивается бульдозером с приданием ему уклона (0,004…0,005) в сторону сливного колодца. При сосредоточенном намыве для предотвращения размыва дна в месте падения струи устраиваются водобойные площадки размером 2,5 × 2,5 м. Лучше всего для этого использовать железобетонные плиты. Расстояние от точки выпуска пульпы до кромки дамбы должно быть не менее 5 м.

В каждом отстойнике со стороны дамбы, по которой проложена дорога, устанавливается по одному съезду. Ширина съезда выбирается из расчета проходимости технологического оборудования по сушке и уборке сапропелей и должна быть не менее 14…16 м.

Для текущего учета количества намытого сапропеля в отстойниках устанавливаются рейки, количество которых зависит от размеров отстойника. В отстойниках размером 100 × 200 м устанавливают не менее 6 реек вдоль отстойника в два ряда на расстоянии 25 м от оси дамб.

Намыв пульпы ведется слоями толщиной по 0,2 м и повторяется через каждые 5 суток для сапропелей с зольностью более 30 % и через 7 суток для сапропелей с зольностью менее 30 %. В течение сезона может быть выполнено 20 и более циклов намыва с образованием слоя более 1 м.

Сосредоточенный намыв через торец пульпопровода в одну точку позволяет уменьшить угол наклона намытого сапропеля, что способствует более равномерному промораживанию слоя, но не обеспечивает однородности его фракционного и химического состава. Применение на уборке бункерных уборочных машин (тип МТФ-43А) позволяет усреднить эти показатели, так как машина при работе движется вдоль отстойника, собирая в один бункер сапропель как с ближних, так и с удаленных от места выпуска зон.

Поступающая в отстойники пульпа содержит очень много воды. Например, при концентрации 30 г/л на 1 кг сухого сапропеля приходится 30 кг воды. На каждый кубометр товарного сапропеля (w = 50 %) необходимо удалять до 1 м 3 воды. В процессе намыва происходит осаждение частиц твердой фазы с образованием надосадочного слоя воды. Количество воды в этом слое может составлять от 25 до 70 % от ее начального содержания. Наблюдения показали, что содержание сухого