СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ПРОЧНЫХ ВЫСОКОГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ИХ ГИДРОСМЕСЕЙ ПРИ ВСАСЫВАНИИ ЗЕМСНАРЯДОМ
METHOD FOR DESTRUCTION OF STRONG HIGH CLAY SANDS OF GRAVEL DEPOSITS AND DISINTEGRATION OF THEIR HYDRAULIC MIX DURING DREDGER SUCTION

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке прочных высокоглинистых песков россыпных месторождений благородных металлов в подводных забоях.
Известен способ гидродобычи, в котором процесс дезинтеграции полезного ископаемого осуществляется посредством кумулятивных торпед и направления взрывной волны с ориентацией на гидродобывающий агрегат (Пат. РФ №2307937).
Недостатками способа являются ограниченность пространством скважины и повышенное техногенное загрязнение среды.
Известны способы формирования гидросмеси при породозаборе землесосных снарядов, заключающиеся в увеличении содержания твердых частиц путем увеличения площади эрозионного размыва пород на входе во всасывающий наконечник земснаряда, увеличения размывающих скоростей этого потока, регулирования расстояния всасывающего наконечника над забоем, а также с использованием механического или гидравлического разрыхлителя в сгустительно-разделительном устройстве земснаряда, установленного выше всасывающего наконечника (Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов. М.: Стройиздат, 1986, с. 82-92, Пат. РФ №2109882, А.с. СССР №975922, Пат. РФ №2323303).
Известно, что присутствие в песках россыпи глинистых и илистых частиц даже при небольшом их содержании резко увеличивает связность горной массы и снижает способность ее к размыву. В этих условиях эффективность применения известных способов оказывается пониженной.
Известны грунтозаборные устройства земснаряда для разработки подводных траншей и способ для выполнения данных работ, включающие процесс грунтозабора и рыхления с помощью установленных на грунтозаборной раме механических рыхлителей вертикального или наклонного расположения с приводом, имеющим в своем составе трансмиссионный вал, экран, всасывающую систему (Пат. РФ №2167244, Пат. РФ №2117729, Пат. РФ №2107776).
Однако эти способы обладают низкой эффективностью и не применимы для разработки прочных высокоглинистых песков.
Наиболее близким является способ с использованием разрыхляюще-всасывающего устройства земснаряда, включающего трубопровод, всасывающий наконечник с экраном, содержащий жесткий диск с радиальными щелями и центральным непроницаемым кругом, каждая радиальная щель соединена с всасывающим наконечником герметичным каналом переменной формы поперечного сечения, общая площадь радиальных щелей не превышает площади поперечного сечения всасывающего наконечника, всасывающий наконечник снабжен приводом вращения, при этом он снабжен радиальными ребрами жесткости и разрыхляющими лопастями с режущей кромкой (Патент РФ №2301865, E02F 3/92, E21C 50/00, опубл. 27.06.2007).
Способ также обладает низкой эффективностью и не может применяться для разработки прочных высокоглинистых песков.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности разрушения прочных высокоглинистых песков посредством конусной шарошки с элементами эрозионного разрушения-размыва и дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси путем использования резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством отражателей с ребрами жесткости.
Технический результат достигается тем, что в способе разрушения прочных высокоглинистых песков россыпных месторождений и дезинтеграции их гидросмесей при всасывании земснарядом, включающем процесс разрушения прочных высокоглинистых песков с помощью установленного наклонно механического рыхлителя и связанного посредством трансмиссии с приводом вращения, всасывание разрыхленной горной массы в виде гидросмеси посредством всасывающего наконечника земснаряда с экраном и щелями, каждая из которых соединена с всасывающим наконечником герметичным каналом переменной формы поперечного сечения для увеличения размывающих скоростей с общей площадью щелей, не превышающей площади поперечного сечения всасывающего наконечника, для стабилизации ускорения потока гидросмеси, управление процессом разрушения прочных высокоглинистых песков осуществляют в автоматическом режиме посредством системы управления механическим рыхлителем, установленным по ходу перемещения экрана со щелями, при этом механический рыхлитель выполнен в виде конусной шарошки с элементами эрозионного разрушения-размыва, а конусная шарошка вращается со скоростью и прижимается к забою с усилием в зависимости от прочности, твердости, абразивности и трещиноватости прочных высокоглинистых песков, при этом система управления механическим рыхлителем является частью автоматической системы управления процессом, а закрепленные на всасывающем наконечнике отражательные элементы, в одном из которых выполнен паз для свободного перемещения трансмиссионного вала, ограничивают вымывание дезинтегрированной горной массы из зоны всасывания, причем для оптимизации площади всасывания разрыхленных пород экран выполнен составным из трех частей, каждая из которых в рабочем положении регулируется с помощью шарнирного соединения для установки под углом к поверхности забоя, обеспечивающим попадание гидросмеси с кусочками максимального размера, и снабжена шарнирно закрепленными на герметичных каналах и частях экрана стационарными гидродинамическими отражателями-кавитаторами с ребрами жесткости для создания резонансных акустических явлений в гидропотоке перед всасыванием и усиления дезинтеграции твердой составляющей гидросмеси.
Совокупность новых существенных признаков позволяет решить новую техническую задачу - обеспечить эффективность процесса разрушения прочных высокоглинистых песков посредством конусной шарошки с элементами эрозионного разрушения-размыва и дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси перед всасыванием путем использования резонансных акустических явлений в гидропотоке посредством стационарных гидродинамических отражателей-кавитаторов с ребрами жесткости.
На фиг. 1 - общий вид рабочих элементов разрушения, дезинтеграции и всасывания земснаряда без одной из боковых частей экрана.
Способ разрушения прочных высокоглинистых песков россыпных месторождений и дезинтеграции их гидросмесей при всасывании земснарядом 1 выполняется с помощью установленного наклонно 2 механического рыхлителя 3, который связан посредством трансмиссии 4 с приводом вращения 5. Всасывающий наконечник 6 земснаряда 1 с экраном 7 обеспечивает всасывание разрыхленной горной массы в виде гидросмеси посредством щелей 8, каждая из которых соединена с всасывающим наконечником 6 герметичным каналом 9 переменной формы поперечного сечения 10 с общей площадью щелей 8, не превышающей площади поперечного сечения 11 всасывающего наконечника 6. По ходу перемещения 12 экрана 7 со щелями 8 установлен механический рыхлитель 3 в виде конусной шарошки 13 с элементами 14 эрозионного разрушения-размыва. На всасывающем наконечнике 6 закреплены отражательные элементы 15, 16, 17. В отражательном элементе 15 выполнен паз 18 для свободного перемещения трансмиссионного вала 19. Экран 7 выполнен составным из трех частей 20, установленных с трех сторон от конусной шарошки 13. Каждая часть 20 экрана 7 в рабочем положении регулируется с помощью шарнирного соединения 21 и снабжена шарнирно 22 закрепленными на герметичных каналах 9 и частях 20 экрана 7 стационарными гидродинамическими отражателями-кавитаторами 23 с ребрами жесткости 24 для создания резонансных акустических явлений в гидропотоке перед всасыванием и усиления дезинтеграции твердой составляющей гидросмеси. Части 20 экрана 7 в рабочем положении регулируются с помощью шарнирного соединения 21 для установки под углом 25 к поверхности забоя 26. Управление процессом разрушения прочных высокоглинистых песков осуществляют в автоматическом режиме посредством системы управления 27 механическим рыхлителем 3, которая является частью автоматической системы управления процессом 28.
Способ разрушения прочных высокоглинистых песков россыпных месторождений и дезинтеграции их гидросмесей при всасывании земснарядом выполняется следующим образом.
В систему управления 27 механическим рыхлителем 3, связанную с автоматической системой управления процессом 28, поступают данные прочности, твердости, абразивности и трещиноватости прочных высокоглинистых песков. В рабочем режиме конусная шарошка 13 вращается с расчетной скоростью и прижимается к забою с расчетным усилием в зависимости от прочности, твердости, абразивности и трещиноватости прочных высокоглинистых песков. Установленный по ходу перемещения 12 экрана 7 наклонно 2 и связанный посредством трансмиссии 4 с приводом вращения 5 механический рыхлитель 3 с помощью элементов 14 эрозионного разрушения-размыва разрушает поверхностный слой забоя 26. Элементы 14 вращающейся конусной шарошки 13 перекатываются по забою и за счет больших напряжений, развивающихся в зоне контакта с породой, разрушают ее путем раздавливания и скола. С увеличением крепости пород частота вращения уменьшается, а осевое усилие увеличивается. Закрепленные на всасывающем наконечнике 6 отражательные элементы 15, 16, 17, ограничивают вымывание дезинтегрированной горной массы из зоны всасывания. Паз 18 отражательного элемента 15 позволяет свободно перемещаться трансмиссионному валу 19. Для оптимизации площади всасывания разрыхленных пород экран 7 выполнен составным из трех частей 20, каждая из которых в рабочем положении регулируется с помощью шарнирного соединения 21 для установки под углом 25 к поверхности забоя 26. Таким образом обеспечивается попадание гидросмеси с кусочками твердой составляющей максимального размера. Всасывающий наконечник 6 земснаряда 1 с экраном 7 обеспечивает всасывание разрыхленной горной массы в виде гидросмеси посредством щелей 8, каждая из которых соединена с всасывающим наконечником 6 герметичным каналом 9 переменной формы поперечного сечения 10 с общей площадью щелей 8, не превышающей площади поперечного сечения 11 всасывающего наконечника 6. Шарнирно 22 закрепленные на герметичных каналах 9 и частях 20 экрана 7 стационарные гидродинамические отражатели-кавитаторы 23 с ребрами жесткости 24 создают резонансные акустических явления в гидропотоке перед всасыванием и усиливают дезинтеграцию твердой составляющей гидросмеси, которая через щели 8 частей 20 экрана 7 всасывается земснарядом 1. Автоматическая система управления процессом 28 обеспечивает перемещение гидросмеси с учетом критических скоростей и гидравлических сопротивлений, обеспечивающих оптимальный режим работы землесосного снаряда и минимальный расход электроэнергии на транспортирование гидросмеси.
Способ повышает эффективность процесса разрушения прочных высокоглинистых песков и дезинтеграции минеральной составляющей гидросмеси перед всасыванием земснарядом, тем самым обеспечивая снижение износа внутренних поверхностей экрана, герметичных каналов и всасывающего наконечника.