СПОСОБ ВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ СМЕРЗАЮЩИХСЯ СЫПУЧИХ И КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR TEMPORARY STORAGE OF FREEZING LOOSE AND LUMP MATERIALS

Изобретение относится к временному хранению и складированию склонных к смерзанию сыпучих и кусковых материалов в зимних условиях на открытых площадках и может быть использовано при складировании в отвалах многолетнемерзлых россыпей.
Известен способ складирования флотационных отходов обогатительных фабрик (а.с. СССР №735497, МПК B65G 3/00, опубл. 1980, бюл. №19). Способ включает подачу к отвалу материалов, часть которых промораживается в виде отдельных слоев, а затем укладывается в определенной последовательности. Недостатками данного изобретения являются сложность и высокие энергетические затраты на осуществление операций способа.
Известен способ временного хранения смерзающихся сыпучих и кусковых материалов (патент РФ №2249549, МПК 7 B65G 3/02, опубл. 10.04.2005, бюл. №10). Предварительно армированные и замороженные блоки смерзающегося сыпучего или кускового материала складируют в штабель слоями с зазором друг от друга. Слои разделены друг от друга с помощью листового гидрофобного материала. Образование и разбор слоев штабеля ведут с помощью грузоподъемных устройств путем захвата сформированных блоков замороженного материала за петли арматуры. Недостатками данного изобретения являются сложность и высокие энергетические затраты на осуществление операций способа.
Техническим результатом изобретения является упрощение технологии и снижение энергетических затрат на осуществление операций способа.
м
м
м
Технический результат достигается тем, что в способе временного хранения смерзающихся сыпучих и кусковых материалов, заключающийся в многоярусном складировании слоев штабель, разбор слоев штабеля, согласно изобретения по мере формирования штабеля его разделяют на горизонтальные слои, в нижней части которых укладывают и фиксируют трубы, причем высоту слоя принимают равной высоте Н промерзания почвы для данного региона, расстояние между рядами труб, располагаемых по вертикали в шахматном порядке, принимают равным 2Н, м, для восстановления подвижности материала используют взрывчатые вещества, заряжаемые в трубы с нерабочей стороны штабеля, причем перед заряжанием взрывчатого вещества с рабочей стороны штабеля делают забойку из монтажной пены на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана длиной Н, а с нерабочей стороны забойку делают из водорастворимого геля по всей длине труб, оставшейся после заряжания, при этом длину заряда взрывчатого вещества в трубах определяют по формуле:
зар
м
l=Q/(H*m),
3
м
где Q - сменная потребность в сыпучем материале, м; Н - глубина промерзания для данного региона, м; m - ширина штабеля в среднем сечении.
Технический результат достигается также тем, что используют водопроводные металлопластиковые трубы.
Технический результат достигается также тем, что используют канализационные полимерные трубы.
Технический результат достигается также тем, что используют резиновые шланги высокого давления.
Применение предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет упростить технологию и снизить энергетические затраты на осуществление операций способа.
Способ временного хранения смерзающихся сыпучих и кусковых материалов поясняется чертежами: на фиг.1 показан план штабеля, разрез Б-Б, на фиг.2 показан продольный разрез штабеля, разрез В-В, на фиг.3 показан поперечный разрез штабеля, разрез А-А, где:
м
1 - штабель, сформированный в виде горизонтальных слоев высотой Н;
2 - трубы из металлопластика, полимеров или резины;
3 - забойка из водорастворимого геля;
4 - взрывчатое вещество;
м
5 - забойка из монтажной пены на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана длиной Н;
6 - рабочая сторона штабеля (сторона, на которой ведутся погрузочные работы);
7 - нерабочая сторона штабеля (сторона, на которой не ведутся погрузочные работы);
а - ширина штабеля в верхней части;
b - ширина штабеля в нижней части;
зар
l - длина заряда взрывчатого вещества;
м
Н - глубина промерзания, характерная для данного региона, м;
m - ширина штабеля в среднем сечении, m=(a+b)/2, м.
Восстановление сыпучести (подвижности) смерзшихся сыпучих и кусковых материалов может быть достигнуто термическим, механическим, либо взрывным способами. Наименее энергоемким из вышеперечисленных является процесс взрывного рыхления мерзлых или смерзшихся сыпучих материалов. Мерзлые породы имеют определенную сопротивляемость разрушению взрывом, практически постоянную влажность и температуру по всей толще, за исключением верхней части, называемой деятельным слоем. В зависимости от климатических условий мощность деятельного слоя изменяется от 1,5 до 3 м. Температура пород деятельного слоя меняется в течение всего года. При положительных температурах наружного воздуха поверхностный слой породы начинает оттаивать. В результате теплопередачи происходит постепенное оттаивание нижележащих пород. При отрицательных температурах воздуха происходит обратный процесс - замерзание. Процесс замерзания происходит одновременно: от поверхности в глубь массива и снизу вверх за счет выравнивания градиента температуры.
м
Сезонное промерзание пород происходит только сверху вниз, а глубина его зависит от температуры наружного воздуха, длительности периода промерзания, наличия снежного покрова, скорости ветра, рельефа местности. На территории России глубина сезонного промерзания Н составляет до 3 м в зависимости от региона. При положительных температурах воздуха верхний слой породы начинает оттаивать, градиент температур постепенно выравнивается. В то же время из-за наличия талого подстилающего слоя породы происходит оттаивание мерзлого слоя снизу вверх.
м
м
Для отнесения мерзлых пород к той или иной группе по глубине промерзания Н необходимо установить вид пород. Эти сведения обычно имеются в технической документации. Глубину промерзания Н определяют пробным бурением или принимают по данным многолетних наблюдений. В пробуренных скважинах замеряют температуру породы. Измерение температуры можно производить с помощью термометров ТЛ-4 или датчиков термосопротивлений. Для определения влажности пород при бурении скважин отбирают пробы породы и производят взвешивание. После высушивания при температуре 105°С до постоянной массы производят вторичное взвешивание и расчетным путем определяют влажность. Определив вид породы, измерив ее температуру и влажность, определяют группу пород по взрываемости и выбирают удельный расход ВВ.
м
м
м
м
3
Известно, что для рыхления сезонно-мерзлых грунтов в зависимости от горно-геологических и горно-технических условий применяют шпуровые и скважинные заряды. В предлагаемом способе эти понятия условны и могут быть классифицированы по диаметру труб 2. Рыхление мерзлых грунтов взрывным способом применяют, как правило, при глубине промерзания Н, превышающей 0,5 м. При меньшем значении Н рыхление производят в основном механическим способом. Без предварительного рыхления сезонно-мерзлые грунты можно разрабатывать экскаваторами, оборудованными прямой лопатой вместимостью 0,5-1 м, при H=0,15÷0,25 м, а оборудованными драглайном с той же вместимостью ковша - при H≤0,1 м.
Рыхление сезонно-мерзлых пород ведут шпуровыми, скважинными, щелевыми, иногда котловыми зарядами ВВ. Выбор конструкции заряда чаще всего определяется наличием оборудования для создания зарядных полостей - бурового или щелерезного. В предлагаемом способе отсутствует необходимость в наличии бурового или щелерезного оборудования, что снижет его стоимость. Фактически стоимость рыхления сводится к стоимости труб 2 и стоимости взрывчатых веществ.
Рациональный диаметр заряда (трубы, в миллиметрах) может быть определен из формулы:
,
м
3
3
где W - мощность взрываемого слоя мерзлоты, м; q - расчетный удельный расход ВВ, кг/м; Δ - плотность заряжания, кг/дм.
м
Например, при взрывании мерзлых грунтов ориентировочные значения q следующие:
Мерзлая глина и строительный мусор
0,7-0,9
Моренный суглинок с глиной
0,6-0,7
Песчаные и растительные грунты
0,4-0,6
м
Проектируемые параметры взрывных работ должны при минимальных затратах обеспечить качественное рыхление мерзлого грунта и безопасность для близко расположенных объектов и техники. Объем рыхления взрывом определяют в плотном теле в пределах проектных очертаний объекта с разделением по группам крепости по простиранию и глубине промерзания Н.
Очень важным параметром является диаметр труб 2, который определяет вместимость получаемой зарядной полости р, а следовательно, и форму заряда - будет ли он ближе к цилиндрической или сферической симметрии:
c
м
d=(0,05÷0,07)Н.
зар
заб
Длина заряда устанавливается с учетом обеспечения необходимого качества забойки, которое выполняется при длине забойки не меньше 0,3l. Исследованиями установлено, что с увеличением длины заряда растут массовые скорости, следовательно, должно улучшаться качество дробления и рыхления. Однако это имеет место лишь при возрастании l до 0,3 м, после чего интенсивность и рост объема дробления замедляются. Для качественного дробления сезонно-мерзлых грунтов необходимо, чтобы трубы 2 заполнялись забойкой до устья или, в крайнем случае, не менее чем на 0,3 м.
Для снижения удельного расхода ВВ возможно применение короткозамедленного взрывания и рассредоточение заряда по скважине. Применение короткозамедленного взрывания позволяет регулировать направление и форму развала грунта, улучшает его дробление вследствие соударения кусков и увеличения времени воздействия продуктов детонации на массив при правильно подобранном интервале замедления.
Большое распространение при рыхлении сезонно-мерзлых грунтов методом короткозамедленного взрывания нашли пиротехнические детонационные реле двустороннего действия РП-8. Длительность замедления взрыва составляет 10±4; 20±6; 35±7 и 50±7 мс. Применяют реле при монтаже взрывной сети с использованием детонирующего шнура.
Объем рыхления (в кубических метрах) определяется геометрическими размерами объекта, его длиной и глубиной промерзания.
м
При рыхлении сезонно-мерзлых грунтов в стесненных условиях штабеля и наличии расположенных вблизи производственных или бытовых зданий, подземных коммуникаций возможно создание экранирующих щелей, нарезаемых буровой машиной на всю глубину промерзания Н штабеля, или защитных полос из грунта, разрыхленного короткозамедленным взрыванием мелких зарядов.
м
м
м
м
м
м
Способ временного хранения смерзающихся сыпучих и кусковых материалов осуществляют следующим образом, например, при использовании на складе многолетнемерзлой руды обогатительной фабрики. Послойно складируют многоярусный штабель 1, сформированный из горизонтальных слоев высотой Н, например, с помощью отвального моста. Последующий разбор слоев штабеля 1 производят с рабочей стороны штабеля 6, например, с помощью экскаватора. По мере формирования штабеля 1 его разделяют по вертикали на горизонтальные слои высотой Н, в нижней части которых укладывают трубы 2. Трубы 2 по вертикали располагают в шахматном порядке для обеспечения наилучшего рыхления смерзшихся материалов. При необходимости трубы 2 закрепляют с помощью скоб (на чертеже условно не показаны) либо путем подсыпки мелкокускового материала для предотвращения их смещения при последующей засыпке штабеля 1. Диаметр труб принимают в соответствии с Н по вышеприведенным формулам. Высоту горизонтального слоя штабеля 1 принимают равной высоте Н промерзания почвы для данного региона для обеспечения рыхления только необходимого смерзшегося интервала штабеля 1. Для предотвращения деформирования труб 2 при засыпке в них создают внутреннее противодавление при соответствующей их герметизации. Давление можно создать либо воздухом, либо жидкостью. При необходимости соединения труб 2 их соединяют друг с другом внешними переходниками, не сужающими сечений труб 2. В конечном итоге получают штабель 1 с шириной а штабеля в верхней части и шириной b штабеля в нижней части, м. Расстояние между рядами труб, располагаемых в шахматном порядке по вертикали, принимают равным 2Н для обеспечения достаточно равномерного рыхления смерзшегося материала. Для восстановления подвижности смерзшегося сыпучего материала используют взрывчатые вещества 4, заряжаемые в трубы 2 с нерабочей стороны 7 штабеля 1. Перед заряжанием взрывчатого вещества 4 с рабочей стороны 6 штабеля делают забойку 5 из монтажной пены на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана длиной Н для эффективного запирания продуктов взрыва в трубе и повышения коэффициента полезного действия взрыва. С нерабочей стороны 7 делают забойку 3 из водорастворимого геля по всей длине труб для исключения их деформирования при взрывании. Длину заряда взрывчатого вещества в скважинах определяют по формуле:
зар
м
l=Q/(Н*m),
3
м
где Q - сменная потребность в сыпучем материале, м; Н - глубина промерзания для данного региона, м; m - ширина штабеля в среднем сечении, m - ширина штабеля в среднем сечении определяется по формуле m=(a+b)/2, м.
Определение длины заряда по вышеуказанной формуле позволит наиболее эффективно использовать заряжаемое взрывчатое вещество с учетом возможного последующего смерзания материала. Предлагаемый способ может быть использован также на штабелях с материалами, склонными к слеживанию и в других случаях. Для осуществления операций способа предлагается использовать либо водопроводные металлопластиковые трубы, либо канализационные полимерные трубы, либо резиновые шланги высокого давления. Трубы из этих материалов легко монтируются, впоследствии легко разрушаются взрыванием или механическими способами и позволяют осуществлять последующий процесс переработки и обогащения без каких-либо осложнений.
Применение предлагаемого способа временного хранения смерзающихся сыпучих и кусковых материалов обеспечивает следующие преимущества:
- упрощение технологии хранения смерзающихся материалов;
- снижение энергетических затрат на осуществление операций способа.