ехнология гидровскрышных работ
Исходя из условий наибольшей эффективности применяем схему гидромониторного размыва пород встречным забоем, так как струя разрабатывает породу с подбойкой. Недостаток размыва встречным забоем – увлажнение рабочей площадки.
Процесс размыва пород включает следующие операции: образование вруба (подрезку), способствующего обрушения забоя, смыв обрушенной породы, промывку пульпоприемной канавы. Размыв породы с подбойкой уступа чаще осуществляется при минимальной высоте вруба, которая должна составлять не более 0,2-0,4 м. Подрезка должна осуществляться при плавном повороте гидромонитора, чтобы скапливалась вода во врубе. Размыв несвязных пород может осуществляться без подрезки. Обрушенная порода смывается равномерно. Операция по смыву обычно совмещается с операцией по подрезке забоя с таким расчетом, чтобы вода после подрезки использовалась на смыве. Смыв ведется при равномерной консистенции пульпы во избежание оседания твердого по пути движения к землесосу.
- Определение максимального расстояния гидромонитора от забоя ( 
) (формула 12.14 [1]):
,
где 
- минимальное расстояние гидромонитора от забоя, м; 
- шаг передвижки гидромонитора ( 
), м.
,
где 
- высота уступа, м; 
- коэффициент, приближения ( 
= 0,8-1,2 при ручном управлении; = 0,3-0,4 при дистанционном управлении).
.
.
Величина недомыва зависит от характера транспортируемых пород и принятой организации работ. Недомыв может достигать 35% от общего объема вскрыши. Удаление недомыва непосредственным размывом породы является не эффективным. Обычно его разрабатывают экскаваторами или тракторными стругами и, после концентрации в одном месте, размывают гидромониторами. Для уменьшения недомыва удлиняют всасывающую трубу землесоса. В этом случае на расстояние одного шага передвижки землесоса предусматривают не один, а два зумпфа (через 15-20 м). В результате расстояние стекания пульпы укорачивается, а объем недомыва и число передвижек землесоса уменьшается.
Исходя из горно-геологических и горнотехнических условий (тип разрабатываемых пород, количество уступов, тип и количество гидромониторов) принимаем «технологическую схему разработки уступа продольными заходками гидромониторами с жестким присоединением к водоводу» (схема 2, ст. 353 [3]).
Элементы системы разработки приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1. Элементы системы разработки
| Показатели | Обозначения | Величина |
| Ширина заходки, м | 
| 
|
| Шаг передвижки гидромонитора, м | 
| 
|
| Длина блока, м | 
| 
|
| Ширина блока, м | 
| 
|
- Ширина гидромониторной заходки (формулы 23.1-23.7, ст. 319 [1]):
,
где 
- длина рабочего участка гидромониторной струи, зависящая от категории разрабатываемых пород и напора на насадке гидромонитора, м;
- коэффициент, учитывающий приближение гидромонитора к забою (для гидромонитора с ручным управлением 
); 
- шаг передвижки гидромонитора, м.
,
где 
- напор на насадке гидромонитора (принимаем 
), м; 
- необходимый напор для размыва пород; 
- коэффициент, зависящий от типа пород, 
).
м,
,
.
Принимаем 
( равняется двум длинам трубы).
.
- Длина фронта работ гидромонитора должна удовлетворять условию:
,
где 
- коэффициент, учитывающий недомыв уступа по высоте ( 
);
- коэффициент, учитывающий глубину пульповодной канавы ( 
);
- глубина зумпфа ( 
), м;
- уклон пульповодной канавы ( 
).
.
- Ширина рабочей площадки определяется по формуле:
,
где 
- число отрабатываемых заходок на одно положение землесосной станции (n=3);
- расстояние от нижней бровки уступа до зумпфа, м; 
- ширина зумпфа ( 
), м;
- ширина землесосной установки ( 
), м;
- ширина транспортной полосы (при одностороннем движении 
), м;
- ширина призмы возможного обрушения, м.
,
,
,
где 
- угол естественного откоса уступа, град; - угол откоса рабочего уступа, град.
,
.
- Объем пород, разрабатываемый с одного положения гидромонитора:
,
.
- Длина блока, разрабатываемого одной гидромониторной установкой:
,
где 
- глубина пульповодной канавы в месте ее примыкания к зумпфу ( 
), м;
- уклон недомыва ( 
);
- отношение высоты недомыва к высоте уступа.
- Ширина блока
,
.
- Объем недомыва (недомыв породы в забое убирается через две передвижки гидромонитора):
,
где 
- коэффициент недомыва ( 
).
.
идротранспорт вскрыши
Расчет напорного гидротранспорта твердого материала состоит из выбора диаметра трубопровода и соответствующего оборудования для обеспечения заданной производительности гидромониторной установки (расчет производится по методике В.В. Трайниса, ст.1-5 
).
Приближенный расчет
1. Определение часовой производительности землесосной установки по пульпе:
,
где 
- производительность гидромониторной установки по твердому, 
; 
- пористость грунта.
,
где 
- годовой объем вскрыши, 
;
- число рабочих дней в году, сут.;
- число рабочих смен в сутки ( 
);
- продолжительность рабочей смены ( 
), ч;
- коэффициент использования гидромонитора во времени ( 
при применении напорного гидротранспорта и отвала с устройством дамб обвалования (безэстакадный намыв) (таблица 12.6 [1])).
.
2. Плотность пульпы:
,
где 
- плотность воды, 
; 
- удельный вес породы, .
.
3. Консистенцию пульпы принимаем по удельному расходу воды, т.е. Т:Ж = 1:7.
4. Концентрация (объемная) твердых частиц в пульпе:
,
.
5. Ориентировочное значение диаметра пульповода определяем на основании данных таблицы 1.7.( 
).
Необходимо, чтобы при выбранном диаметре пульповода фактическая скорость была на 10-20% выше значения критической скорости, т.е. 
.
Задаемся рядом значений диаметров пульповода, при этом значение фактической скорости определится по формуле:
, м/с.
- при диаметре пульповода 400мм ( 
)
,
.
- при диаметре пульповода 600мм ( 
)
Таблица 1.5 Критические скорости движения пульпы Vкр, м/с
| Грунт | Диаметр пульповода, мм, | Консистенция пульпы | ||
| T:Ж=1:5 | T:Ж=1:10 | T:Ж=1:15 | ||
| Лессовидные суглинки | 1,88 | 1,68 | 1,57 | |
| 2,12 | 1,88 | 1,77 | ||
| 2,32 | 2,07 | 1,94 |
,
на 20%, следовательно, принимаем диаметр пульповода 
.
6. Потери напора при гидротранспорте
Потери напора при гидротранспорте определяют из выражения:
, м,
где 
- потери напора обусловленные высотой подъема пульпы, м.вод.ст.;
- потери напора, расходуемые на всасывание пульпы, м.вод.ст.;
- потери напора во всасывающем трубопроводе ( 
), м.вод.ст.;
- потери напора по длине пульповода, м.вод.ст.;
- местные потери ( 
), м.вод.ст.;
- остаточный напор ( 
).
,
где 
- разность отметок оси землесоса в карьере и оси трубопровода на гидроотвале, м.
,
где 
- высота всасывания пульпы ( 
), м.
м.вод.ст.
,
где 
- потери напора на 1м длины пульповода, м; L – длина пульповода, м.
,
где 
- потери напора при движении чистой воды, м/м;
К – коэффициент, учитывающий консистенцию пульпы (К=1,2).
,
где 
- коэффициент гидравлических сопротивлений
- скорость движения чистой воды ( 
), м/с.
м/м,
м/м,
м.вод.ст.
м.вод.ст.
м. вод. ст.
7. По производительности 
и напору Н = 45,8 м.вод.ст. определяем тип и количество землесосов для землесосной установки.
Принимаем 2 землесоса марки 16Р9-М 1 землесос марки ГРТ 1600/50. Землесосы соединяем параллельно. Техническая характеристика землесосов приведена в таблице 5.1. Схема соединения землесосов показана на рисунке 5.1.
Таблица 5.1. Техническая характеристика землесосов
| Марка землесоса | Характеристика насоса | Характеристика электродвигателя | Масса насоса, кг | |||
| Подача, м3/ч | Напор, м | Диаметр рабочего колеса, мм | Частота вращения, об/мин | Мощность, кВт | ||
| 16Р9-М | - | |||||
| ГРТ 1600/50 |
Рис. 5.1. Схема соединения землесосов
8. Детальный расчет напорного гидротранспорта
При детальном расчете производим проверку и уточнение выбранных приближенным методом диаметра пульповода и грунтовых насосов по действительному значению критической скорости.
Расчет производим по методике В.В. Трайниса для гидротранспорта кусковатых смесей.
Критическую скорость при движении гидросмеси по трубопроводам в турбулентном потоке рассчитывают по формуле:
,
где С – коэффициент, учитывающий содержание R мелких частиц по массе (породные частицы менее 2 мм);
- эмпирический коэффициент (для породы Кэ =1,4);
- коэффициент сопротивления при свободном падении твёрдых частиц в жидкой среде;
- коэффициент гидравлических сопротивлений (при 
, 
Таблица 5.2
| D, м | 0,3 | 0,35 | 0,4 | 0,45 | 0,5 | 0,6 |
| 0,0165 | 0,0160 | 0,0155 | 0,0155 | 0,015 | 
|
- при 
,
,
,
,
м/с.
Так как фактическая скорость течения пульпы значительно превышает критическую (6,7>3,6), проверяем режим течения пульпы в пульповодах диаметром 500мм.
м/с,
м/с.
Окончательно принимаем диаметр пульповода 500 мм.
идроотвалообразование
Исходя из расположения проектируемого гидроотвала и надежности пород в основании, данный отвал, по классу ответственности, относится к III классу группе Б. По приемной способности, отвал относится к III категории.
- В случае полного использования вместимости гидроотвала, его объем определяется по формуле:
,
где 
- объем укладываемых пород в массиве, 
;
- коэффициент набухания породы
- объем воды в отстойнике, равный 5-10-дневному расходу гидросмеси, подаваемой в отвал, ;
- объем стока водосбора ( 
), .
,
где Т – время намыва отвала, лет; 
- годовой объем вскрыши, млн. .
Таблица 6
| Породы | Коэффициент набухания |
| Суглинок | 1,2-1,5 |
,
,
,
- Ориентировочный объем начального обвалования
,
где 
- коэффициент начального обвалования (для гидроотвала на равниной местности 
).
.
Размеры дамбы обвалования устанавливают исходя из физико-механических свойств укладываемых в отвал пород (таблица 14.3 
).Высота дамбы 4м; ширина гребня 1,5; заложение откосов: внутреннего 1:1,5; наружного 1:1,75.
Принимаем длину пляжа (надводной его поверхности) равной 200м.
- Определение уклона поверхности пляжа:
,
где 
- Коэффициент, зависящий от состава породы ( 
);
- расход гидросмеси, подаваемой в отвал, л/с;
- весовая консистенция гидросмеси при выпуске, %.
,
,
3
Исходя из класса ответственности гидроотвала, по данным ВНИПИИстромсырья, возвышение гребня призмы над горизонтом воды в прудке должно составлять не менее 0,8м.
Исходя из физико-механических свойств разрабатываемых пород применяем безэстакадный способ намыва при непрерывной переукладке намывного пульповода сосредоточенном способом выпуска пульпы из торца пульповода (таблица 14.6. ). В связи с расположением гидроотвала на равнине, принимаем кольцевую схему заполнения емкости отвала с намывом по всему периметру гидроотвала и параллельным перемещением фронта работ.
При этом способе для намыва применяются пульповоды из труб с быстроразъемными раструбными соединениями. Порядок работы при этом следующий. По длине фронта намывных работ, при помощи бульдозера, возводится небольшая дамба попутного обвалования (без перерыва в намывных работах). Высота такой дамбы принимается 0,6-0,8м. На расстоянии 6-10м от дамбы укладывается пульповод с быстроразъемными соединениями. Намыв начинается из торца последнего звена пульповода, поддерживаемого краном. Выпускаемая из трубы пульпа укладывается под углом тонким слоем (25-30см при гидротехнических работах и до 1-1,5м при гидроотвальных работах). Трубы наращиваются без остановки работ. После намыва слоя кран опускает звено пульповода на намытую породу. В дальнейшем кран поднимает заранее подготовленное следующее звено и присоединяет его к пульповоду без остановки работ. Далее пульповод наращивается в той же последовательности. Когда пульповод достигает границы укладки, начинают вести намыв в обратном порядке, последовательно отсоединяя крайние звенья. Торец крайней трубы, оставшейся на породе, поднимают на 25-30см, а намыв продолжают от конечной к начальной границе отвала. С целью избежания намыва породы на уложенный пульповод при обратном порядке намыва применяют вторую линию пульповода, а первую демонтируют, укладывая ее для последующего намыва. Для переукладки звеньев применяют краны, смонтированные на базе экскаватора ТЭ-2М, или специальные краны. Данный способ намыва характеризуется малой трудоемкостью, небольшими затратами и незначительными простоями гидроустановок.
Для отвода отработанной воды применяем водосбросные колодцы шандорного типа.
- Число одновременно работающих на площадке намыва колодцев определяется по формуле 14.5 (ст.211 ):
,
где 
– коэффициент, учитывающий потери воды ( 
);
– расход воды, подаваемой на карту намыва (принимается с запасом, равным общему расходу потока гидросмеси), 
;
- расход воды, пропускаемой водосливом колодца, .
колодца.
Принимаем расчетное число колодцев 2шт.- упрощенной конструкции и небольшой высоты (таблица 14.8 ).
Исходя из класса ответственности гидроотвала (III классу группе Б) принимаем 1 резервный колодец (таблица 14.9 ).
- Расход воды, сбрасываемой шандорным колодцем:
,
где - коэффициент расхода ( 
);
- ширина водосливной части колодца, м;
- высота слоя сливающейся воды над стенкой шандора ( 
), м.
.
- Расход воды, пропускаемой водосбросной трубой колодца:
,
где 
- коэффициент расхода при истечении в атмосферу;
- площадь поперечного сечения трубы, 
;
Н – напор воды над осью трубы, м.
,
где - коэффициент сопротивления ( 
(таблица 14.10 ));
- длина трубы, м; 
- диаметр трубы, м.
,
.
Водоотводные трубы водосборных колодцев уложены без опор, звеньями длиной 12 м непосредственно на поверхности отвала. Для предупреждения всплывания труб в первоначальный период ведения намывных работ засыпку труб рекомендуется производить в соответствии со следующими рекомендациями Гипромехпроекта:
- Условный диаметр водосборной трубы, мм500
- Ширина засыпки поверху, м0,9
- Высота засыпки над верхом трубы, м0,2.
Список литературы
1. Нурок, Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. / Г.А.Нурок - М.: Недра, 1985.- 470 с.
2. Ташкинов, А.С. Гидравлический расчет гидромониторов, напорного и самотечного гидротранспорта воды: лаб. Практикум / А.С. Ташкинов, КузГТУ. – Кемерово, 1997. – 28 с.
3. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах - М.: Недра, 1982.- 410 с.
4. Ташкинов, А.С. Расчет напорного и самотечного гидротранспорта твердых материалов: лаб. практикум/ А.С. Ташкинов; КузГТУ. – Кемерово, 2000. – 30 с.
Размещено на Allbest.ru