СПОСОБ ПЕРЕУКЛАДКИ ПОРОД ГИДРООТВАЛОВ ГИДРОМОНИТОРОМ И ЗЕМЛЕСОСНЫМ СНАРЯДОМ
METHOD OF RE-LAYING OF ROCKS OF HYDRAULIC DUMPS WITH HYDRAULIC MONITOR AND SUCTION DREDGER

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.
Известно, что одними из основных принципов ведения добычи угля открытым способом являются безопасность и эффективность. В этой связи целесообразно осуществлять ввод в эксплуатацию новых участков угольных месторождений, которые расположены в непосредственной близости от действующих горных выработок, где отработка запасов угля завершается, но уже создана необходимая инфраструктура, способная обеспечить устойчивую работу предприятия. Сравнительно часто препятствием для реализации указанного направления развития угледобычи является наличие гидроотвалов на поверхности участков, расположенных рядом с действующими выработками.
Одним из способов переукладки пород гидроотвалов является их размыв с последующим перемещением в виде гидросмеси системой трубопроводного транспорта и укладкой на новое место. При этом необходимо отметить, что основным направлением создания энерго- и водосберегающей технологии гидромеханизации является повышение концентрации твердого в гидросмеси [Е. А. Кононенко, Возможности и перспективы гидромеханизации на карьерах, Горный информационно-аналитический бюллетень, 2004].
Известен способ гидромеханизированной разработки месторождений (И.М. Ялтанец, С.А. Иванов, Вопросы организации разработки месторождений с погружными грунтовыми насосами, 2005), включающий применение земснаряда с погружным грунтовым насосом и гидромониторный размыв. При этом согласно известному способу гидромониторный размыв применяется для понижения высоты надводной части уступа, разрабатываемого земснарядом, и не является источником водоснабжения для земснаряда.
Известен также способ гидромониторно-землесосной разработки (а.с. 1742479, МПК Е21С 41/00, 45/00, опубл. 23.06.92, бюл. №23), принятый за прототип, включающий размыв породы гидромонитором в забое, самотечный гидротранспорт гидросмеси по пульповодной канаве и напорный гидротранспорт гидросмеси с повышенной концентрацией твердого в гидроотвал.
Недостатки известного способа, принятого за прототип: низкая эффективность горных работ по переукладке пород гидроотвалов по причине того, что гидромонитор и водяной насос не реализуют свою производительность в полной мере (в силу того, что часто простаивают) из-за выполнения дополнительных предупредительных и внеплановых ремонтов. Это происходит потому, что в способе, принятом за прототип, повышение концентрации твердого в гидросмеси достигается за счет организации внутреннего цикла водоснабжения в забое, что в свою очередь приводит к тому, что водяной насос, осуществляющий забор воды из поверхностного слоя зумпфа, выполняет подачу недостаточно осветленной гидросмеси непосредственно в забой на гидромонитор. Указанное обстоятельство приводит к тому, что гидромонитор и водяной насос функционируют на абразивной жидкости, к использованию которой не предназначены. Это приводит к ускоренному износу насадки гидромонитора и рабочего колеса водяного насоса и, как следствие, к более частым простоям для выполнения планово-предупредительных и внеплановых ремонтов. Стоит отметить, что простои оборудования являются особенно значимым фактором снижения эффективности способа в силу сезонности применения гидромеханизации на карьерах.
Кроме того, способ, принятый за прототип, является недостаточно безопасным. Указанный недостаток заключается в том, что применение гидромонитора для размыва неконсолидированных пород гидроотвала является опасным по причине возможности образования оползней или выпоров и, как следствие, возникновения аварий и выхода из строя оборудования.
Технический результат заявляемого способа - повышение эффективности и безопасности горных работ при переукладке пород гидроотвалов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе переукладки пород гидроотвалов гидромонитором и землесосным снарядом, включающем, размыв породы в забое гидромонитором, самотечный гидротранспорт гидросмеси по пульповодной канаве и напорный гидротранспорт гидросмеси с повышенной концентрацией твердого в гидроотвал, согласно заявляемому способу, сначала выполняют расчет параметров процессов гидромониторной и земснарядной разработки пород при помощи системы уравнений:
TГ
3
где Q - производительность гидромонитора по породе, м/ч;
TЗ
3
Q - производительность земснаряда по породе, м/ч;
ГΣ
3
Q - производительность грунтового насоса земснаряда по гидросмеси, м/ч;
З
3
3
q- удельный расход воды при разработке пород земснарядом, м/ м;
Г
3
3
q - удельный расход воды при гидромониторном размыве, м/ м;
m - пористость породы, в долях единицы;
затем, на основании выполненного расчета параметров гидромониторной и земснарядной разработки пород, выбирают земснаряд, которым разрабатывают неконсолидированные глинистые породы гидроотвала и гидромонитор, который устанавливают на верхнем уступе, состоящем из консолидированных пород, на гидромонитор подают технически чистую воду и производят размыв консолидированных пород, после чего гидросмесь самотеком по пульповодной канаве направляют в забой земснаряда, который разрабатывает породу и дополнительно увеличивает концентрацию пульпы, перемещаемой по напорному пульповоду к новому месту укладки.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема гидроотвала в разрезе; на фиг. 2 показан план горных работ по переукладке гидроотвала.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Прежде всего определяют параметры процессов гидромониторной и земснарядной разработки пород при помощи системы уравнений:
TГ
3
где Q - производительность гидромонитора по породе, м/ч;
TЗ
3
Q - производительность земснаряда по породе, м/ч;
ГΣ
3
Q - производительность грунтового насоса земснаряда по гидросмеси, м/ч;
З
3
3
q - удельный расход воды при разработке пород земснарядом, м/м;
Г
3
3
q - удельный расход воды при гидромониторном размыве, м/м;
m - пористость породы, в долях единицы.
Затем на основании выполненного расчета параметров гидромониторной и земснарядной разработки пород выбирают земснаряд 1 по параметрам его производительности, производительности грунтового насоса, установленного в нем и удельного расхода воды при разработке пород земснарядом. Далее выбранный земснаряд 1 размещают в зоне неконсолидированных пород 2 и выполняют их разработку. После этого, на основании выполненного расчета параметров гидромониторной и земснарядной разработки пород, выбирают гидромонитор 3 по параметрам его производительности и удельного расхода воды при гидромониторном размыве. Затем гидромонитор 3 устанавливают на верхнем уступе в зоне консолидированных пород 4. После этого на него подают технически чистую воду и производят размыв верхнего уступа, состоящего из консолидированных пород 4. После этого самотечным гидротранспортом гидросмесь по пульповодной канаве 5 с уклоном / направляют в забой 6 земснаряда 1, где, в результате его работы, производят дополнительное увеличение концентрации твердого в гидросмеси. Далее из забоя 6 земснаряда 1 сначала по плавучему пульповоду 7, а затем по магистральному 8 при помощи перекачивающей станции 9 осуществляют напорный гидротранспорт гидросмеси с повышенной концентрацией твердого в новый гидроотвал.
В результате выполнения заявляемого способа происходит увеличение концентрации твердого в гидросмеси за счет того, что после размыва консолидированных пород гидромонитором гидросмесь по пульповодной канаве самотеком транспортируется в забой земснаряда. Таким образом, использование гидросмеси от гидромонитора в качестве источника водоснабжения в забое земснаряда и дополнительная порода, разработанная земснарядом, позволяют повысить концентрацию твердого в гидросмеси, транспортируемой в новый гидроотвал, при этом важным является то, что стабильная и сбалансированная работа пары гидромонитор-земснаряд обеспечивается за счет того, что параметры их совместной работы предварительно определяют при помощи системы уравнений:
TГ
3
где Q - производительность гидромонитора по породе, м/ч;
TЗ
3
Q - производительность земснаряда по породе, м/ч;
ГΣ
3
Q - производительность грунтового насоса земснаряда по гидросмеси, м/ч;
З
3
3
q - удельный расход воды при разработке пород земснарядом, м/м;
Г
3
3
q - удельный расход воды при гидромониторном размыве, м/м;
m - пористость породы, в долях единицы;
и далее пользуясь полученными значениями выбирают конкретную марку и модель гидромонитора и земснаряда.
При выполнении расчетов с помощью системы уравнений допускается отталкиваться от параметров имеющегося в наличии на карьере гидромонитора и подбирать ему в пару земснаряд, либо от параметров имеющегося в наличии на карьере земснаряда и подбирать ему в пару гидромонитор, либо от производительности грунтового насоса, которая определяется требуемой интенсивностью переукладки гидроотвала. Выполнение расчета в той или иной последовательности не влияет на достижение технического результата и, следовательно, не является существенным признаком.
В заявляемом изобретении реализуется такой механизм увеличения концентрации твердого в гидросмеси, при котором гидромонитор работает на технически чистой воде и, в отличие от известного способа, это не приводит к ускоренному износу насадки гидромонитора и рабочего колеса водяного насоса и, как следствие, не влечет за собой более частые простои оборудования для выполнения дополнительных предупредительных и внеплановых ремонтов.
Таким образом показано, что заявляемый способ обеспечивает повышение эффективности горных работ при переукладке гидроотвалов за счет того, что в заявляемом способе обеспечивается увеличение концентрации твердого в гидросмеси при том, что гидромонитор и водяной насос реализуют свою производительность в полной мере и не простаивают для выполнения дополнительных предупредительных и внеплановых ремонтов.
Также заявляемый способ позволяет повысить безопасность горных работ при переукладке пород гидроотвала. Это достигается за счет того, что согласно заявляемому способу для разработки неконсолидированных пород гидромониторный размыв не используется, а применяют земснаряд. В свою очередь гидромонитором предусматривается размыв только консолидированных пород. Это позволяет исключить опасность образования оползней или выпоров и, как следствие, возникновения аварий и выхода из строя оборудования.
Пример конкретного выполнения способа.
Предлагаемый способ реализован для переукладки уже намытых четвертичных вскрышных пород на новое место.
3
Общий объем переложенных пород составил порядка 40 млн. м.
Расстояние транспортирования гидросмеси от переукладываемого гидроотвала до нового места укладки составило 4,5-5,8 км.
Сначала, при помощи системы уравнений:
TГ
3
где Q - производительность гидромонитора по породе, м/ч;
TЗ
3
Q - производительность земснаряда по породе, м/ч;
ГΣ
3
Q - производительность грунтового насоса земснаряда по гидросмеси, м/ч;
З
3
3
q - удельный расход воды при разработке пород земснарядом, м/м;
Г
3
3
q - удельный расход воды при гидромониторном размыве, м/м;
m - пористость породы, в долях единицы;
были рассчитаны параметры совместной работы гидромонитора и земснаряда.
3
3
3
3
В расчете отталкивались от того, что при реализации примера в наличии имелся фрезерный земснаряд со свайным ходом ДФС 1900/58 с производительностью по породе 58 м/ч, производительностью грунтового насоса земснаряда до 2000 м/ч и удельным расходом воды 22 м/м.
Результаты расчета приведены в таблице.
3
3
3
В результате расчета было установлено, что для обеспечения стабильной и сбалансированной работы пары гидромонитор-земснаряд производительность гидромонитора по породе должна составлять 114,5 м/ч с удельным расходом воды при гидромониторном размыве 8,1 м/м (группа пород IV), при значении т=0,47.
Далее имеющийся земснаряд ДФС 1900/58 был установлен в зоне неконсолидированных пород, где выполнял их разработку.
После этого, на основании выполненного расчета параметров гидромониторной и земснарядной разработки пород, был выбран гидромонитор ГМД-250М, удовлетворяющий расчетным параметрам. Затем выбранный гидромонитор был установлен на верхнем уступе в зоне консолидированных пород. После этого технически чистую воду из перемещаемого гидроотвала насосной станцией 10, оснащенной двумя параллельно работающими водяными насосами Д 2000-100, по водоводу 11 подавали в гидромонитор и производили размыв консолидированных пород.
Далее самотечным гидротранспортом гидросмесь по пульповодной канаве с уклоном 4-6% направляли в забой земснаряда, где, в результате его работы, производили дополнительное увеличение концентрации твердого в гидросмеси. После чего из забоя земснаряда сначала по плавучему пульповоду, а затем по магистральному осуществляли напорный гидротранспорт гидросмеси с повышенной концентрацией твердого в новый гидроотвал.
По результатам выполнения заявляемого способа не возникло необходимости остановки производства горных работ для выполнения внеплановых ремонтов. Были разобраны два водяных насоса Д 2000-100 и выполнен осмотр их колес.Также была осмотрена насадка гидромонитора ГМД-250М. В результате было установлено отсутствие ускоренного износа оборудования. Указанное свидетельствует о более высокой эффективности заявляемого способа по сравнению с известным.
Также в ходе реализации заявляемого способа не произошло аварий и выхода из строя оборудования по причине образования оползней или выпоров, так как для разработки неконсолидированных пород был применен земснаряд вместо гидромониторного размыва.
Опираясь на вышесказанное можно сделать вывод, что заявляемый способ обеспечивает повышение эффективности и безопасности горных работ при переукладке пород гидроотвалов.