Перспективы земснарядной добычи соли на озере Баскунчак

© Е.А. Кононснко, Н.Г. Кафнлов, 2007

УДК 622.271

Е.А. Кононенко, Н.Г. Кафидов

ПЕРСПЕКТИВЫ ЗЕМСНАРЯДНОЙ ДОБЫЧИ СОЛИ НА ОЗЕРЕ БАСКУНЧАК

Существующая технология добычи поваренной соли на озере Баскунчак с применением соле-комбайнов (четвёртого поколения производительностью до 300 т/ч) хорошо известна специалистам. Такой солекомбайн представляет собой автономный самоходный агрегат, смонтированный на четырёхосной железнодорожной платформе нормальной колеи. Комбайн перемещается по железнодорожному пути вдоль вылома -разрабатываемого забоя и осуществляет добычу, обогащение и погрузку добытой соли в железнодорожные вагоны, расположенные на соседнем пути (рис. 1).

Такая технология достаточно эффективна, но и не лишена определённых недостатков. Главным из них является значительная величина потерь полезного ископаемого при выемке. Не извлечённая соль хотя и является затравкой для будущей кристаллизации полезного ископаемого при самовосстановлении запасов в озере, однако по отношению к произведённым затратам на процессы такой технологии добычи (отделение соли от массива, прокладку и перекладку железнодорожного полотна и т.п., а также другим производственным и энергетическим издержкам) - это безусловно потери. По оценке специалистов, потери соли при добыче могут достигать 30-50 % от балансовых запасов разрабатываемой панели.

Для применения солекомбайна необходима достаточно высокая несущая способность пласта соли, а в акватории озера Баскунчак часть запасов (по оценкам экспертов их объём составляет 25-30 млн. т) представлена в виде малосвязанных и диспергированных кристаллов. Запасы такой соли сосредоточены в северо-западной его части и приурочены к местам впадения в озеро пресной воды из родников.

Естественно, что ни о какой комбайновой разработке этих запасов соли говорить нельзя. Для их добычи в настоящее время целесообразно применить землесосный снаряд, оснащённый фрезерным рыхлителем. Следовательно, главной задачей для реализации данной технологии является расчёт конструктивных параметров фрезы и обоснование требуемой мощности её привода. При этом необходимо учитывать как прочностные свойства разрабатываемых пород так и возможность повышения эффективности породозабора на принципах учёта и использования свойств окружающей гидросреды.

Прочностные свойства соли озера Баскунчак хорошо изучены для двух основных её компонентов, причём величина предела прочности при одноосном сжатии для чугунки (до 280 кг/см2) в пять раз превышает значение этого параметра для гранатки. Учитывая тот факт, что земснарядная

добыча соли на озере Баскунчак изначально ориентирована на разработку малосвязанных, а следовательно, наиболее слабых, разупрочненных запасов соли, то при расчёте параметров фрез следует принимать численное значение прочностных свойств - не более 50 % от величины номинальных (средних), характерных для гранатки. Это положение можно считать основным в методическом подходе при обосновании параметров земснарядной добычи соли.

Второе положение вытекает из общего методического принципа подводной добычи соли из раповых озёр - учёт и использование свойств окружающей гидросреды. Плотность рапы, при всасывании её грунтовым насосом, существенно снижает величину подачи гидросмеси, а это в свою очередь (при фиксированном значении диаметра всасывающего трубопровода землесосного снаряда) приводит к снижению скорости всасывания. Следовательно, фреза земснаряда должна формировать такую кусковатость добытой соли, которая, при существующей (фактической) скорости всасывания, полностью, без потерь, забиралась бы земснарядом.

В процессе фрезерования поваренной соли при её добыче землесо-

Рис. 1. Добыча поваренной соли на озере Баскунчак

сным снарядом формируется определённый гранулометрический (зерновой) состав полезного ископаемого. С определённой степенью достоверности его можно характеризовать величиной <^р (<^в) - средневзвешенным размером частиц. При этом граничная, наиболее крупная фракция разрыхлённой фрезой соли должна забираться осевым всасывающим потоком гидросмеси и транспортироваться по всасывающему патрубку до грунтового насоса и далее по напорному трубопроводу.

Исследованиями [1] установлена взаимосвязь оптимальной скорости всасывания и грансостава транспортируемого твёрдого материала

Уопт = 2,66 + 0,43 Й , м/с.

вс V св

Практические замеры и лабораторные исследования определили рациональное соотношение скоростей вращения фрезы Увр и всасывания

гидросмеси усм , которое опреде-

вс

ляется выражением [2]:

V «

вр вс

При этом численные значения скоростей всасывания уточняются для конкретных горно-геологических условий разработки, принятой технологии и технических средств.

По приведённым выше соотношениям скоростей всасывания для соответствующего типа земснаряда можно определить средневзвешенный размер кусков (грансостав) добываемой соли, и проанализировать энергетические параметры фрезерования соли.

V„ = 4*

Vn = 2M

1 0 1 5 2 0 їіф

Рис. 2. Зависимость изменения грансо-става соли от кинематических параметров рыхления

Рис. 3. Энергоемкость фрезерования при добыче соли землесосньми снарядами

В табл. 1 приведены основные показатели процесса фрезерования соли и параметров рыхлителей при применении наиболее распространённых типов землесосных снарядов средней производительности (от 50 до 166 м3/ч по твёрдому).

Q — Е)ф * Ьф * Кд • tCi -Кир - <ісв- z • Пф

"400-70"

ЗГМ-1-Э50А "180-60"

ЗРС-Г, вПЗ'і L —

Рис. 4. Производительность землесосного снаряда (по твёрдому) при добыче соли

Следовательно, задаваясь величиной < ср, мы получаем требования к конструктивным параметрам фрезы и ограничения к кинематическим параметрам (скоростям перемещения и вращения) фрезерных рыхлителей. Обобщая вышеизложенное, можно считать, что сформирована комплексная модель процесса подводного разрушения породного массива, связывающая в единое целое технические параметры добычного агрегата земснаряда, технолого-экономические параметры процесса гидравлической выемки полезного ископаемого и производительности (по твердому -Рт, или по гидросмеси - Рсм) и конструктивные параметры рыхлителя.

Формирование грансостава горной массы с заданными параметрами < ср определяет энергетические затраты на весь процесс земснарядной добычи соли, поскольку производительность при разработке полезного ископаемого и мощность взаимозависимы, причём регулирование кусковатости добываемого полезного ископаемого возможно за

Таблица 1

Характеристика параметров рыхления для различных типов земснарядов

Показатели Расчётные формулы Тип земснаряда

8ПЗУ-ЭМ ЗГМ-1-350-А ЗРС-Г

Максимальная глубина разработки при механическом рыхлении, м Устанавливается из горно-технологических условий подводной разработки 6 6 6,5

Тип разрабатываемой породы Породы III - IY категории по трудности разработки земснарядами

Расчётная производительность, Р по твёрдому, м3/ч 166 140-16 50

Проектные тип фрезы ВНИИГиМ СибЦНИИС Фреза с резцами МГГУ

Размеры фрез: LФ, Dф, м D = 0,2 б0’33 ф . 1ф = 1,3 D ф ’ ф 0,85 1,4 0,8

Q D = m ; L.K.K K;Y ф ф пр L п К = 0,7 D ф ф 0,55 0,9 0,56

Расчётная скорость папильониро-вания, м/м Q V = m п D K K K K ф ф п L D т sin а V = V L п т L cos © к 9,8 5,0 3,2

Кинематический параметр, X 10 12 29,6

Скорость резания, Ур, м/с 1,63 1,0 1,69

Коэффициент перекрытия лопастей, Кп К = — п S 1,0 1,0 0,7

Угол заточки режущего элемента (лопати, резца), ао, град. Устанавливается по условию износостойкости и абразивности 20 20 52

Угол резания, 5 (статистический), град. 30 30 63о30'

Число лопастей, m 2п ) 4 4 4

Угол наклона лопастей, 0, град. R V 9 = arctq L  57,3° Ф 50 50 0

Средняя толщина среза, аср, мм, ~^св max 2nR а = 0,64 , или ср Am 2 П a „ „ . max а = а +  ср max П 4 R L Ф J V a = 7 п max 7  п л ф 43,0 58,0 16,0

Мощность привода фрезы, N, кВт P Rфпф N окр ф ф Ф 974,1п 18,9 26,2 50,2

Сила тяги папильонажной лебёд- г' 3 ки, Гм, кгс • м Lф г = umax ф Гл = Ндок т L6 Н = l а к m В бок доп ср зап св Гм = РПум--^sin ai cos 9 L6 0,759 2,32 0,977

счёт изменения числа оборотов привода фрезы и скорости папильониро-вания (рис. 2), а также определяется диаметром фрезы (типом земснаряда) (рис. 3). На рис. 4 приведена зависимость изменения производительности землесосных снарядов от величины <св

Можно сделать вывод, что для отработки более 25 млн. т соли, которая разупрочнена притоком пресной воды в озеро Баскунчак и не может быть отработана по существующей технологии (с применением солеком-байна), целесообразно применить землесосные снаряды.

С целью исключения потерь соли при выемке земснарядом предлагается реализовать принцип формирования определённого гранулометрического

состава фрезеруемого полезного ископаемого, который, с учётом свойств окружающей гидросреды (повышенная плотность рапы по отношению к воде), снижающих фактическую величину подачи грунтового насоса, полностью, без потерь, забирается всасывающим трубопроводом земснаряда.

Для конкретных значений параметров фрезы, установленной на земснаряде (диаметр фрезы, число лопа-

1. Огородников С.П., Сладков В.П. Расчёт и моделирование параметров процесса подводной разработки грунтов и грунтозаборных устройств землеснарядов. Методические указания. - Калинин: изд-во КПИ. - 1976. - 65 с.

стей, число резцов в линии резания и их расстановка) определена зависимость изменения производительности землесосных снарядов 8ПЗУ-ЗМ; ЗГМ-1-Э50А; ЗРС-Г; ”180-60” и ”400-70” от средневзвешенного размера кусков разрыхленной соли. Уменьшение величины средневзвешенного размера кусков фрезерованной соли (dtp) с 50 мм до 25 мм при применении земснаряда ”180-60” потребует увеличения энергоёмкости с 33 до 60 кВт (при Пф = 20 об/мин).

Производительность по твёрдому при этом уменьшится не менее, чем на 15 %, что может заметно увеличить себестоимость добычи соли. Следовательно, для обоснования величины d<p требуется произвести технико-экономическое сравнение различных вариантов его формирования с учётом последующей переработки продукции. Таким образом, земснарядная добыча соли на озере Баскунчак целесообразна в первую очередь для отработки диспергированных и ослабленных притоком пресной воды запасов соли, для поддержания необходимой производительности предприятия при выходе из строя солекомбайна или его подмене.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Папу по в В. И., Меньшиков В. И., Иванов A.C. Разработка подводных месторождений полезных ископаемых ЦП НТГО. -М.: МГИ. - 1983. -97 с. ЕЕЕ

— Коротко об авторах--------------------------------------------------------------

Кононенко Евгений Андреевич - доктор технических наук, профессор,

Кафидов Николай Геннадиевич - кандидат технических наук,

Московский государственный горный университет.

Статья представлена кафедрой «Технология, механизация и организация открытых горных работ», Московского государственного горного университета.

Рецензент: Бубис Ю.В., профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.