Автор: Ялтанец И.М.
Теги: горные работы при разработке месторождений полезных ископаемых отдельные способы разработки месторождений твердых полезных ископаемых горное дело
ISBN: 5-7418-0198-6
Год: 2003
Текст
московский
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
РЕДАКЦИОЕ
СОВЕТ
ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКОВСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Председатель
Л.А. ПУЧКОВ
Зам, председателя
Л.Х. ГИТИС
Члены редсовета
ИВ. ДЕМЕНТЬЕВ
А.П.ДМИТРИЕВ
Б.А. КАРТОЗИЯ
В.В. КУРЕХИН
М.В. КУРЛЕНЯ
В.И. ОСИПОВ
Э.М. СОКОЛОВ
К.Н. ТРУБЕЦКОЙ
В.В. ХРОНИН
В.А. ЧАНТУРИЯ
Е.И. ШЕМЯКИН
ректор ХГГГУ,
чл.-корр. РАН
директор
Издательства МГГУ
академик РАЕН
академик РАЕН
академик РАЕН
академик РАЕН
академик РАН
академик РАН
академик МАНВШ
академик РАН
профессор
академик РАН
академик РАН
ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
И.М. Ялтанец
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ОТКРЫТЫХ ГИДРО-
МЕХАНИЗИРОВАННЫХ
И ДРАЖНЫХ
РАЗРАБОТОК
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Издание 3-е,
переработанное и дополненное
Допущено Министерством образования
Российской Федерации в качестве учебного
пособия для студентов высших учебных за-
ведений, обучающихся по специальности
«Открытые горные работы» направления
подготовки дипломированных специалистов
«Горное дело»
МОСКВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2 0 0 3
УДК 622.271.5/6.001.63(075.8)
ББК 33.22
Я 52
Экспертиза проведена
Министерством образования России
(письмо от 04.10.2001 г., № 14-55-482 гр/22)
Рецензенты:
• кафедра «Комплексное освоение и экология россыпных и морских
месторождений» Московского государственного геологоразведочно-
го университета (зав. кафедрой проф., д-р техн, наук В.П. Дроба-
денко);
• проф., д-р техн, наук В.Б. Добрецов (Санкт-Петербургский госу-
дарственный горный институт (Технический университет))
Ялтанец И.М.
Я 52 Проектирование открытых гидромеханизированных и драж-
ных разработок месторождений: Учебное пособие. — 3-е изд.,
перераб. и доп. — М.: Издательство Московского государствен-
ного горного университета, 2003. — 758 с.: ил.
ISBN 5-7418-0198-6 (в пер.)
Рассмотрены общие вопросы проектирования открытых горных работ
и особенности проектирования гидромеханизированных горных и строитель-
ных работ с учетом достижений науки и техники и опыта передовых пред-
приятий. Приведены методы оконтуривания и подсчета запасов полезных ис-
копаемых, определения капитальных и эксплуатационных затрат. Освещены
вопросы проектирования основных гидромеханизированных и дражных про-
изводственных процессов разработки месторождений и намыва технических
сооружений. Описаны комплексы механизации гидромеханизированных гор-
ных и строительных работ, применяемые в различных геологических, горно-
технических и климатических условиях. Дан анализ взаимосвязей оптимизи-
руемых параметров карьера и применяемых средств гидромеханизации. Из-
ложен принцип технико-экономической оценки принятого проектного реше-
ния. Приведены примеры решения задач отдельных производственных про-
цессов. Третье издание (2-е изд. — 1994) переработано и дополнено в связи с
новыми требованиями к проектированию промышленного предприятия и, в
частности, гидромеханизации горных и строительных работ,
Для студентов горных вузов и факультетов, обучающихся по специаль-
ности «Открытые горные работы» направления подготовки дипломирован-
ных специалистов «Горное дело».
УДК 622.271.5/6.001.63(075.8)
ББК 33.22
ISBN 5-7418-0198-6 © Издательство МГГУ, 1994
© И.М. Ялтанец, 2003
© Издательство МГГУ, 2003, с
изменениями и дополнениями
© Дизайн книги. Издательство
МГГУ, 2003
ПРЕДИСЛОВИЕ
Развитие гидромеханизированных работ, инвестиции стро-
ительства и реконструкции предприятий осуществляются на ос-
нове проектов, в которых должны быть найдены оптимальные
решения на несколько лет вперед. Под проектом понимается
замысел, изложенный на бумаге. Слово «проект» происходит
от латинского слова «прожектус», что означает «вперед бро-
шенный взгляд» (предвидение будущего). Гидромеханизация яв-
ляется одним из тех направлений в открытых горных работах и
строительстве различных сооружений, которое обеспечивает
минимальные трудовые и денежные затраты и значительное
выполнение требований по охране окружающей природной
среды. На территории России существует очень много видов ра-
бот, выполнение которых возможно только с использованием
средств гидромеханизации. К этим работам относятся:
• разработка обводненных песчаных и песчано-гравийных
месторождений;
• дноуглубительные работы на реках и озерах, в портах;
• разработка обводненных сапропелевых месторождений;
• намыв гидротехнических сооружений (плотин, дамб, пе-
ремычек и т. д.);
• намыв площадей, полотен автомобильных и железных
дорог в труднодоступных (обводненных) местах для других ви-
дов оборудования (экскаваторно-автомобильных, экскаватор-
но-железнодорожных и экскаваторно-конвейерных комплексов);
разработка и переработка россыпных песков;
• транспортирование отходов с обогатительных фабрик в
хвостохранилища.
На Первом (Москва, апрель, 1998 г.) и Втором (Москва,
февраль, 2000 г.) съездах гидромеханизаторов России большое
внимание было уделено проблемам новых технических и тех-
нологических решений в гидромеханизации горных и строи-
тельных работ. В обсуждениях и докладах отчетливо была вы-
ражена суть экономической стратегии гидромеханизации в со-
временных рыночных условиях.
5
В условиях рыночной экономики, на рубеже двух веков,
возникла необходимость более глубокого исследования факто-
ров, определяющих цели, задачи и перспективы развития пред-
приятий и организаций. Оценив общую проблемную ситуацию,
представляется возможным организовать поиск способов, ме-
тодов, организационных и управленческих трансформаций и
обеспечить их адаптацию к рыночным условиям.
В этих условиях совершенствование проектирования гид-
ромеханизации открытых горных и строительных работ явля-
ется важным мероприятием, позволяющим ускорить темпы на-
учно-технического прогресса в нашей стране. Проектирование
предприятий должно быть организовано на основе максималь-
ного учета новейших достижений науки и техники с тем, чтобы
строящиеся и реконструируемые предприятия ко времени их
ввода в эксплуатацию были технически передовыми и характе-
ризовались наилучшими показателями по производительности
труда, издержкам производства и качеству (продукции) работы,
а по условиям труда отвечали бы современным требованиям.
Важными экономическими задачами строительства и ре-
конструкции предприятий являются: постоянное повышение эф-
фективности капитальных вложений с целью получения макси-
мального прироста производства продукции на каждый рубль
вложенных средств; сокращение сроков строительства пред-
приятий и освоения мощностей на вновь вводимых в действие
предприятиях с приведением этих сроков в соответствие с уста-
новленными нормативами.
В выполнении перечисленных экономических задач веду-
щая роль принадлежит совершенствованию проектно-сметного
дела, от которого зависит снижение сметной стоимости и про-
должительности строительства за счет более рациональных про-
ектных решений.
Проектирование гидромеханизированных горных и строи-
тельных работ осуществляется организациями, сформированны-
ми из опытных и высококвалифицированных специалистов, ко-
торые используют при этом имеющиеся нормативные и мето-
дические материалы, данные изыскательских и научно-иссле-
6
довательских работ, а также научную, учебную и справочную
литературу.
Однако необходимо помнить, что в сложившихся условиях,
когда возникли принципиально новые проблемы, решение эко-
номических, экологических, технических и технологических за-
дач надо осуществлять совместно — наука и производство, в
противном случае все старания по проектированию будут об-
речены на провал. Для этого необходимо уже сейчас проводить
техническую политику, обеспечивающую развитие основопола-
гающих направлений деятельности: развитие научно-исследо-
вательского и проектно-конструкторского потенциала; созда-
ние и совершенствование гидромеханизированного оборудо-
вания.
При подготовке данного издания использованы достиже-
ния отечественных преуспевающих организаций и предприятий,
в частности: ЗАО «Компания «Трансгидромеханизация»; ГУП
«Трест «Энергогидромеханизация», АООТ «Проектно-строи-
тельная фирма «Гидромеханизация», ОАО «Лензолото» и др.
Теоретическое положение учебного пособия базируется на
трудах академиков В.В. Ржевского, Н.В. Мельникова, профес-
соров Е.Ф. Шешко, Г.А. Нурока, В.Г. Лешкова, В.С. Хохря-
кова, С.В. Потемкина, С.М. Шорохова и других известных
ученых.
Данная книга является завершающей при подготовке инже-
неров для выполнения горных, а также строительных работ,
связанных с применением средств гидромеханизации.
Третье издание учебного пособия существенно переработа-
но, что вызвано новыми требованиями к проектированию и
имеющимися достижениями в методике и средствах проектиро-
вания.
Автор выражает искреннюю благодарность заведующему
кафедрой Московского государственного геологоразведочно-
го университета, профессору, д-ру техн, наук В.П. Дробаденко и
профессору, д-ру техн, наук Санкт-Петербургского горного ин-
ститута (Технического университета) В.Б. Добрецову за ценные
7
замечания, высказанные при рецензировании рукописи и по-
зволившие улучшить содержание книги.
При подготовке книги к изданию были учтены советы кол-
лектива кафедры «Технология, механизация и организация от-
крытых горных работ» МГГУ. В подборе и подготовке мате-
риалов отдельных разделов книги принимала активное участие
горн. инж. Н.И. Исаева.
Автор признателен всем, кто принимал участие в улучше-
нии содержания книги, и с благодарностью примет замечания и
пожелания читателей, направленные на улучшение ее структу-
ры и содержания.
РАЗДЕЛ 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О ПРОЕКТИРОВАНИИ
ГОРНОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ
Глава. 1
ОБОСНОВАНИЕ ИНВЕСТИЦИЙ
В СТРОИТЕЛЬСТВО ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
1.1. Общие положения Обоснований инвестиций
При разработке Обоснований инвестиций в строительство
необходимо руководствоваться законодательными и норма-
тивными актами Российской Федерации, субъектов Российской
Федерации и другими государственными документами, регули-
рующими инвестиционную деятельность.
Разработка Обоснований инвестиций осуществляется с уче-
том данных и положений, содержащихся в федеральных, реги-
ональных и в отраслевых программах структурной перестрой-
ки народного хозяйства, научно-технических и других государ-
ственных программах. Обоснования инвестиций разрабатыва-
ются, как правило, заказчиком с привлечением при необходи-
мости на договорной основе проектных, проектно-строитель-
ных организаций и других юридических и физических лиц.
Результаты Обоснований служат основанием для принятия
решения о хозяйственной необходимости, технической возмож-
ности, коммерческой, экономической и социальной целесооб-
разности инвестиций в строительство, получения Акта выбора
земельного участка для размещения объекта и выполнения про-
ектно-изыскательских работ.
7.2. Порядок разработки, согласования и утверждения
Обоснований инвестиций
Заказчик, исходя из целей инвестирования и исследования
ситуации на рынке продукции и услуг, с учетом решений и ре-
комендаций, принятых в программах, прогнозах и схемах раз-
вития и размещения производительных сил и иных материалов,
составляет Ходатайство (Декларацию) о намерениях (табл. 1.1).
По результатам положительного рассмотрения органом испол-
нительной власти Ходатайства (Декларации) о намерениях за-
казчик принимает решение о разработке Обоснований.
II
Таблица 1.1
Рекомендуемое Ходатайство (Декларация) о намерениях
№ п/п Содержание Ходатайства
1 Инвестор (заказчик) — адрес
2 Местоположение (район, пункт) намечаемого к строительству пред- приятия, здания и сооружения или намечаемого к разработке (до- быче) месторождения
3 Наименование предприятия, его технические и технологические данные: объем производства промышленной продукции (оказания услуг) в стоимостном выражении в целом и по основным видам (в нату- ральном выражении) срок строительства и ввода объекта в эксплуатацию
4 Примерная численность рабочих и служащих, источники удовле- творения потребности в рабочей силе
5 Ориентировочная потребность предприятия в сырье и материалах (в соответствующих единицах)
6 Ориентировочная потребность предприятия в водных ресурсах (объ- ем, источник водообеспечения)
7 Ориентировочная потребность предприятия в энергоресурсах (элек- троэнергия, тепло, пар, топливо); источник снабжения
8 9 Транспортное обеспечение Обеспечение работников и их семей объектами жилищно-коммуналь- ного и социально-бытового назначения
10 Потребность в земельных ресурсах (с соответствующим обоснованием примерного размера земельного участка и сроков его использования)
11 Водоотведение стоков. Методы очистки, качество сточных вод, усло- вия сброса, использование существующих или строительство новых очи- стных сооружений
12 Возможное влияние предприятия, сооружения на окружающую среду: виды воздействия на компоненты природной среды (типы нару- шений, наименование и число ингредиентов-загрязни телей) возможность аварийных ситуаций (вероятность, масштаб, продол- жительность воздействия)
13 Озходы производства (виды, объемы, токсичность), способы утилизации
14 Источники финансирования намечаемой деятельности, учредители, участ- вующие пайщики, финансовые институты, коммерческие банки, кредиты
15 Использование готовой продукции (примерное распределение)
12
Основным документом, регулирующим правовые и финан-
совые отношения, взаимные обязательства и ответственность
сторон в случае привлечения к разработке Обоснований про-
ектных, проектно-строительных организаций и других юриди-
ческих и физических лиц, является договор. Неотъемлемой ча-
стью договора должно быть задание на разработку Обоснова-
ний, в котором приводятся исходные данные, основные техни-
ко-экономические показатели и требования заказчика (табл. 1.2).
Таблица 1.2
Рекомендуемый примерный перечень данных и требований,
включаемых в задание на разработку Обоснований
№ п/п Наименование данных и требований
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Основные данные о заказчике-инвесторе Местоположение предприятия, здания, сооружения Цель и источники инвестирования, объем предусмотренных финан- совых средств Номенклатура продукции (объем оказываемых услуг) Требования к технологии, производству продукции и основному оборудованию Требования к архитектурно-планировочным, конструктивным и ин- женерным решениям Требования к охране окружающей среды Особые условия строительства Основные технико-экономические характеристики и показатели объекта
К заданию прилагаются:
• материалы, полученные от местных органов исполнитель-
ной власти, в том числе решения по результатам рассмотрения
Ходатайства (Декларации) о намерениях, предварительные усло-
вия На возможное присоединение предприятия (здания, сооруже-
ния) к источникам снабжения, инженерным сетям и коммуникаци-
ям, картографические (топографические) материалы, ситуацион-
ный план и пр., требования по санитарно-эпидемиологическим,
экологическим условиям;
« устанавливаемые технические характеристики продукции
предприятия, данные о ее стоимости;
• требования по созданию (применению, использованию)
технологических процессов и оборудования;
• другие материалы.
Согласование намеченных в Обоснованиях решений по стро-
ительству объекта и условий предварительно согласованного
. 13
места его размещения производится заказчиком или, по его по-
ручению, юридическими и физическими лицами — разработ-
чиками Обоснований. Обоснования подлежат государственной
экспертизе в установленном порядке.
Материалы Обоснований направляются в соответствующий
орган исполнительной власти для оформления Акта выбора зе-
мельного участка (площадки, трассы) для строительства с при-
ложением необходимых согласований и решения об утвержде-
нии предварительного согласования места размещения объекта.
По отдельным несложным объектам по решениям органа
исполнительной власти Акт выбора земельного участка, ис-
ходные данные и необходимые согласования могут быть офор-
млены на основании Ходатайства. В этом случае материалы
Обоснований на заключение в соответствующий орган испол-
нительной власти не направляются.
Утверждение (одобрение) Обоснований заказчиком осуще-
ствляется на основе заключения государственной экспертизы и
решения органа исполнительной власти о согласовании места
размещения объекта.
Материалы Обоснований могут использоваться заказчиком
в следующих целях:
• проведение социологических исследований, опросов об-
щественного мнения и референдумов о возможности сооруже-
ния объекта;
• разработка бизнес-плана, обеспечивающего подтвержде-
ние кредитору или организации гарантии по кредитам, плате-
жеспособности и финансовой устойчивости предприятия или
иного объекта инвестирования в части возможности инвестора
по выполнению обязательств по долгам;
• переговоры с государственными и местными органами
исполнительной власти о предоставлении ему субсидий, нало-
говых и иных льгот.
В Обоснованиях должны выполняться альтернативные про-
работки, расчеты для всех предложенных земельных участков,
в том числе принципиальные объемно-планировочные реше-
ния, расчеты по определению эффективности инвестиций, со-
циальных, экологических и других последствий осуществления
14
строительства и эксплуатации объекта, а также по определению
убытков землевладельцев, землепользователей, арендаторов, по-
терь сельскохозяйственного производства, связанных с изъяти-
ем земельного участка и др.
Состав и содержание указанных материалов должны быть
достаточными для проведения необходимых согласований и
экспертиз.
1.3. Состав и содержание Обоснований инвестиций
Исходные данные
Цели инвестирования, экономический, социальный, коммер-
ческий эффект, ожидаемый от функционирования объекта в на-
мечаемом месте (районе) строительства, при заданных его па-
раметрах, соблюдении обязательных требований и условий стро-
ительства.
Основание и условия, необходимые для разработки Обос-
нований.
Результаты технико-экономических оценок на основе имею-
щихся материалов и исследований, градостроительной докумен-
тации, а также требований и условий, изложенных в задании на
разработку Обоснований и при рассмотрении Ходатайства о
намерениях.
Общая характеристика объекта инвестирования, потребность
в намечаемой к выпуску продукции (услуг):
• данные о необходимых ресурсах, вовлекаемых в хозяйст-
венную деятельность предприятия, окружающей среде;
• сведения о рынке строительных услуг, предприятиях —
поставщиках оборудования и материалов и пр.
Мощность предприятия, номенклатура продукции
Оценка современного состояния производства и потребле-
ния намечаемой к выпуску продукции (услуг):
® обоснование выбора политикив области сбыта продукции
на основе прогноза конъюнктуры рынка, исследования спроса с
учетом уровня цен, инфляции, состояния деловой активности;
• разработка (при необходимости) мероприятий по стиму-
лированию сбыта продукции, в том числе на внешнем рынке;
• объемы годовых поставок основной и попутной (при на-
личии) продукции проектируемого предприятия;
15
• номенклатура и объемы производства основной и попут-
ной продукции, установленные исходя из прогнозируемой по-
требности, оптимального использования сырья, полуфабрика-
тов и переработки производственных отходов, ее основные тех-
нические, экономические и качественные показатели;
• производственная мощность (программа), ее обоснование
исходя из анализа перспективной потребности в продукции
предприятия и возможности ее сбыта на внутреннем и внешнем
рынках с учетом условий конкуренции, наличия необходимых
ресурсов, уровня качества и стоимости продукции, оценки про-
изводительности основного оборудования, возможности полу-
чения экспортных лицензий и т. п.
Основные технологические решения
Обоснование выбранной технологии основного и вспомо-
гательных производств проводится на основе:
• сравнения возможных вариантов технологических про-
цессов (схем) по уровню их экономической эффективности, тех-
нической безопасности, потребления ресурсов на единицу про-
дукции, а также степени риска и вероятности возникновения
аварийных ситуаций;
• выбора источников и порядка приобретения технологии
и ее краткой характеристики, требований к основному техно-
логическому оборудованию, выполнение которых обеспечива-
ет технологическую и экологическую безопасность предпри-
ятия, обоснование выбора основного оборудования и источни-
ков его приобретения;
• выбора решения по производству (выделению) побочной
и попутной продукции, утилизации и безопасному уничтоже-
нию и хранению отходов;
в выбора производственно-технологической структуры и со-
става предприятия.
Обеспечение предприятия ресурсами
Годовая потребность предприятия в необходимых ресурсах
(сырье, материалы, вода, топливо, энергия, полуфабрикаты, ком-
16
плектующие и др.) определяется исходя из установленной произ-
водственной программы, принятых технологий и оборудования:
анализ и обоснование возможных источников и условий
получения ресурсов, в том числе возможной производственной
кооперации, оценка их надежности;
требования к качеству и способам подготовки сырья;
расчет ежегодных расходов на обеспечение предприятия
сырьевыми ресурсами.
Место размещения предприятия
Основные требования к месту (площадке, трассе) размеще-
ния объекта. Анализ возможных вариантов мест размещения
объекта. Обоснование выбранного места размещения объекта с
учетом социальной, экономической и экологической ситуации
в регионе, наличия сырьевых ресурсов, рынка сбыта продук-
ции, транспортных коммуникаций, инженерных сетей и других
объектов производственной и социальной инфраструктуры, а
также потребности региона в дополнительных рабочих местах
и т. п. Краткая характеристика выбранного варианта размеще-
ния объекта, основные критерии его оптимальности.
В состав Обоснований должны включаться картографиче-
ские и другие материалы, в том числе схема ситуационного
плана с размещением объекта строительства и указанием мест
присоединения его к инженерным сетям и коммуникациям, схе-
ма генерального плана объекта, обосновывающие размеры зе-
мельного участка.
Основные строительные решения
Принципиальные объемно-планировочные и конструктив-
ные решения, основные параметры наиболее крупных и слож-
ных зданий и сооружений, сроки и очередность строительства.
Решения по энергообеспечению, тепло-, водоснабжению, ка-
нализации и др.
Оценка воздействия на окружающую среду
Настоящий раздел Обоснований выполняется в соответст-
вии с нормативными документами Минприроды, Минстроя
России и другими актами, регулирующими природоохранную
деятельность.
17
Кадры и социальное развитие
Условия и характеристика труда на предприятии:
• потребность в трудовых ресурсах по категориям работ-
ников (рабочие, ИТР и служащие); требования к их квалифика-
ции, альтернативные варианты удовлетворения потребности в
трудовых ресурсах (привлечение местной рабочей силы, оргна-
бор, вахтовый метод и пр.); предложения по организации под-
готовки рабочих кадров для предприятия;
• анализ альтернативных вариантов обеспечения работни-
ков предприятия жильем, создания социальных и культурно-
бытовых условий.
Эффективность инвестиций
Оценка эффективности инвестиций проводится по резуль-
татам количественного и качественного анализа информации,
полученной при разработке соответствующих разделов Обос-
нований, и основывается на следующих положениях:
• стоимость строительства, определяемая по аналогам и
укрупненным показателям, а также прогнозным и экспертным
оценкам;
• уточнение возможных источников и условий финансиро-
вания инвестиций, принятых на стадии предынвестиционных
исследований;
• себестоимость основных видов продукции, прогноз из-
менения основных показателей производственной деятельности
предприятия в течение расчетного периода, анализ тенденции
изменения рентабельности и мероприятий по обеспечению ми-
нимизации возможных потерь; оценка риска инвестиций;
• обоснование выбора расчетного периода, в пределах ко-
торого выполняются экономические расчеты, включающие вре-
мя проектирования, строительства, освоения проектной мощ-
ности и эксплуатации объекта;
• учет данных прогнозируемого изменения цен по всем со-
ставляющим элементам дохода и издержек производства по го-
дам расчетного периода;
18
• результаты расчетов с выявлением возможностей повы-
шения экономической эффективности и надежности проекта за
счет совершенствования проектных решений, более рациональ-
ного использования ресурсов и прочих факторов.
Если полученные данные свидетельствуют о недостаточной
рентабельности инвестиционного проекта, то корректируют его
параметры, производственную программу и принятую техно-
логию в целях повышения эффективности проекта.
Эффективность инвестиций определяется в соответствии с
Методическими рекомендациями по оценке эффективности ин-
вестиционных проектов и их отбору для финансирования, ут-
вержденными Госстроем, Минэкономики, Минфином, Госком-
промом Российской Федерации (№ 7-12/47 от 31.03.94).
Расчеты и анализ основных экономических и финансовых
показателей рекомендуется приводить в форме таблицы.
Выводы и предложения
Общие выводы о хозяйственной необходимости, техниче-
ской возможности, коммерческой, экономической и социаль-
ной целесообразности инвестиций в строительство объекта с
учетом его экологической и эксплуатационной безопасности.
Основные технико-экономические и финансовые показате-
ли объекта инвестиций, рекомендуемые для утверждения (одо-
брения) (табл. 1.3).
Рекомендации по порядку дальнейшего проектирования,
строительства (совмещенное строительство и проектирование,
строительство по очередям) и эксплуатации объекта, обеспечи-
вающих инвестору получение максимальной и стабильной во
времени прибыли, достижение положительных социальных ре-
зультатов и других целей.
Программа проектирования и проведения необходимых
исследований и изысканий, план-график осуществления инве-
стиционного проекта.
К Обоснованиям прилагаются документы согласований и
графические материалы — схемы, чертежи (при необходимости
демонстрационные материалы).
19
Таблица 1.3
Рекомендуемые основные технико-экономические и финансовые показатели
№ п/п Основные показатели Единица измерения
1 Мощность предприятия (годовой выпуск продукции, пропускная способность) в натуральном выражении (по видам продукции) В соответ- ствующих единицах
2 Стоимость товарной продукции млн руб.
3 Общая численность работающих, в том числе рабочих чел.
4 Общая стоимость строительства В том числе: объектов производственного назначения объектов жилищно-гражданского назначения (в слу- чае необходимости) прочих объектов млн руб. » » »
5 Стоимость основных производственных фондов »
6 Продолжительность строительства лет
7 Удельные капитальные вложения руб/м3, руб/т
8 Себестоимость основных видов продукции »
9 Балансовая прибыль млн руб.
10 Чистая прибыль (доход) »
11 Срок окупаемости капитальных вложений лет
12 Внутренняя норма рентабельности %
Глава 2
СУЩНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГОРНОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ
2.1. Развитие гидромеханизации
Гидравлический способ разработки месторождений извес-
тен с древних времен. В России его стали применять с 1800 г. в
основном на золотоносных приисках при наличии естественно-
го напора воды и естественных уклонов для самотечного (без-
напорного) гидравлического транспорта. Известно, что на Ура-
ле в 30-х годах XIX в. проводились примитивные гидравличес-
кие работы на песках для извлечения из них золота.
В 1852 г. американец Эдуард Маттисон на калифорнийских
приисках применил для разработки золотосодержащих россы-
пей напорную струю воды. В 70—80-е годы XIX в. этим спосо-
бом в Калифорнии добывали около 15 т золота в год.
В Сибири гидравлический способ добычи золота был ис-
пытан в 1867 г. на забайкальских золотых приисках. В 1886 г.
М.А. Шостак гидравлической установкой производил разра-
ботку золотосодержащих пород на Куджертайском прииске в
Забайкалье. На этой установке в России был впервые применен
гидроэлеватор для транспортирования гидросмеси. В Западной
Сибири в 1899 г. на р. Чебалсук (бассейн р. Абакан) удачно
применен гидравлический способ разработки россыпных ме-
сторождений золота. Затем этот способ начинают использовать
в Красноярском крае, Баргузинской тайге и в других районах
Сибири.
В 1915 г. русский инженер Р.Э. Классон предложил гидрав-
лический способ разработки торфяных месторождений, кото-
рый заключался в следующем: торфяную массу размывали мощ-
ной водяной струей и образующуюся смесь воды с торфом с
помощью специальных машин-торфонасосов перекачивали на
поля для сушки.
На строительстве Днепрогэса в 1929—1931 гг. часть земля-
ных работ была впервые выполнена с помощью гидромехани-
зации. Затем гидромеханизация была применена в 1934—1935 гг.
21
на строительстве завода Азовсталь, в 1933—1936 гг. — Тулом-
ской электростанции вблизи Мурманска. В 1934—1937 гг. на
строительстве канала им. Москвы впервые в СССР был осуще-
ствлен намыв напорных земляных сооружений. В 1936—1941 гг.
на строительстве Верхневолжских гидроузлов (Рыбинском и
Угличском) около 20 % всех земляных работ было выполнено
способом гидромеханизации: здесь намывались железнодорож-
ные насыпи высотой до 20 м, сооружался широкий отводной
канал от гидроэлектростанции на р. Шексне, добывались и обо-
гащались песок и гравий.
С 1938 г. гидромеханизацию начинают внедрять в транс-
портное строительство (железнодорожная линия Синарская —
Челябинск, карьеры балласта на р. Оке в районе Серпухова и
Каширы).
После Великой Отечественной войны бурное развитие гид-
ромеханизация получает в гидротехническом строительстве на
Дону, Волге, Днепре. До 70 % общего объема земляных работ
было выполнено способом гидромеханизации на строительстве
Волжских, Днепровских ГЭС, комплекса гидротехнических со-
оружений Волго-Донского канала. На строительстве гидроэлек-
тростанций на Волге — им. Ленина и им. XXII съезда КПСС —
были достигнуты рекордные в мировой строительной практике
показатели интенсивности земляных работ способом гидромеха-
низации: 35 млн м3 в год, 5,5 млн м3 в месяц и 310 тыс. м3 в сутки.
В угольной промышленности гидромеханизацию примени-
ли в 1939 г. на строительстве Люторического карьера. В 1940 г.
этот способ был успешно применен на строительстве Байдаков-
ского карьера, а в 1943 г. — Батуринского карьера (г. Еманже-
линск, Челябинская обл.).
В дальнейшем начиная с 1945 г. в угольной промышленно-
сти на открытых работах гидромеханизация применялась на
карьерах трестов «Вахрушевуголь», «Волчанскуголь», «Коркин-
уголь», «Райчихинскуголь», «Красноярскуголь», на строитель-
стве Ермолаевского карьера, а в 1951 г. — угольных карьеров
Кузбасса.
Несмотря на многообразие структур гидромеханизирован-
ных предприятий в народном хозяйстве бывшего Советского Со-
юза, определяющую роль в то время в основном играли гидро-
механизированные организации трех министерств: союзная кон-
22
тора «Монтажгидромеханизация», основанная в 1936 г., Мин-
монтажспецстроя; хозрасчетное бюро «Гидромеханизация», осно-
ванное в 1938 г., Минтрансстроя; трест «Энергогидромеханиза-
ция», основанный в 1946 г., Минэнерго, а также ряд трестов и
контор, выполнявших большие объемы различных годных и стро-
ительных работ.
Наибольшее развитие гидромеханизированный способ по-
лучил при добыче строительных горных пород, и особенно на
обводненных песчаных и песчано-гравийных месторождениях,
а также при строительстве технических сооружений.
Гидравлический способ широко применяется при разра-
ботке золото-, платино- и алмазоносных россыпей. При разра-
ботке континентальных и прибрежно-морских россыпей целе-
сообразно применять драги. Гидравлические и дражные разра-
ботки россыпей применялись и применяются в основном на
Дальнем Востоке, в Восточной и Западной Сибири и на Урале.
В отечественном драгостроении осуществляется оснащение
драг новейшими одно- и многостадиальными схемами обога-
щения песков с использованием саморазгружающихся шлюзов
и автоматизированного сполоска концентрата, отсадочных ма-
шин, винтовых сепараторов и другого современного оборудо-
вания, обеспечивающего наиболее полное извлечение ценных
компонентов.
В настоящее время гидромеханизация широко применяется
по направлениям:
• намыв насыпей для строительства автомобильных и же-
лезных дорог, площадей под жилую и промышленную застрой-
ку, оснований взлетно-посадочных полос аэродромов и верто-
летных площадок, резервов песка и гравия для стройиндустрии
и строительства;
• дноуглубительные работы, укрепление береговой линии
рек, водохранилищ и морей, создание акваторий морских и реч-
ных портов, расчистка фарватеров крупных, средних и малых
рек;
• намыв гидротехнических объектов (плотины, каналы, про-
тивопаводковые сооружения, водосбросы и др.);
• обустройство газовых и нефтяных месторождений;
• рекультивация нарушенных земель;
• выполнение вскрышных работ на горных предприятиях;
23
• сооружение и эксплуатация хво сто хранилищ горно-обо-
гатительных предприятий;
• эксплуатация золохранилищ ТЭЦ;
• добыча, обогащение и классификация песка и песчано-
гравийной массы.
Одним из условий дальнейшего совершенствования гидро-
механизации горных и строительных работ является техниче-
ское перевооружение предприятий. В настоящее время ведутся
работы по улучшению технических характеристик грунтовых
насосов и повышению надежности их узлов. Проточные части
грунтовых насосов выполняются из композиционных материа-
лов (защитные покрытия корпусов насосов — из резин повы-
шенной стойкости), что придает более высокую конструктив-
ную надежность и повышенную стойкость к абразивно-кавита-
ционному изнашиванию (НПО «Композит»). Замена стальных
труб (пульпопроводов) на резинотканевые позволяет уменьшить
диаметр трубы на 25—50 мм или увеличить длину транспорти-
рования при неизменном грунтовом насосе за счет значитель-
ного уменьшения удельных потерь напора.
В этом случае при проектировании и создании гидротран-
спортных установок предпочтительным являются более быст-
роходные грунтовые насосы с относительно большими подача-
ми и относительно меньшими напорами (НПО «Композит»). С
внедрением новых защитных покрытий стойкость эластичных
трубопроводов, по сравнению со стальными, увеличивается в
семь раз. Данные трубопроводы (диаметром до 1000 мм) могут
быть изготовлены плоскосворачиваемыми, с фланцевыми со-
единениями, что позволяет отказаться от традиционных шаро-
вых соединений. Плоскосворачиваемость дает возможность пере-
возить их намотанными на барабан любым видом транспорта,
включая авиацию.
Разрабатываются новые плавучие землесосные снаряды с
погружными грунтовыми насосами, обеспечивающие разра-
ботку грунта с глубины до 30 м с относительно низкими пока-
зателями металле- и энергоемкости.
Разработаны и изготавливаются разборные земснаряды с
погружным грунтовым насосом, основными преимуществами
которых являются снижение удельных энергетических затрат
на 1 м3 грунта за счет работы с более высокой консистенцией
гидросмеси и возможность быстрой сборки-разборки и переба-
24
зировки земснаряда с одного объекта работ на другой (ГУП
трест «Энергогидромеханизация»).
Значительный вклад в развитие науки и теории проектиро-
вания для отечественной гидромеханизации внесли ученые: в
горном деле-. Н.Д. Холин, Н.В. Мельников, Г.А. Нурок, И.М.
Ялтанец, Е.А. Кононенко и др.; в теории гидромониторной
струи: Г.А. Абрамович, Г.Н. Роер, Г.П. Никонов, С.С. Ц1ав-
ловский, Г.А. Нурок, В.Ф. Хныкин и др., на железорудных
карьерах и в гидротехническом строительстве: С.Б. Фогельсон,
Н.А. Лопатин, Б.А. Волнин, В.А. Мелентьев, Л.И. Огурцов,
А.П. Юфин и др.; в гидромелиоративных работах: А.М. Царев-
ский, Д.Л. Меламут и др.; в транспортном строительстве:
Н.П. Дьяков, В.И. Глевицкий и др.; в скважинной гидродобыче:
В.Ж. Аренс, Д.Н. Шпак, Н.И. Бабичев, В.Л. Колибаба и др.; в
теории подводной разработки горных пород (грунтов): И.И. Ми-
хеев, Д.В. Рощупкин, С.П. Огородников, А.И. Харин, В.А. Ба-
лябин и др.; в области переработки, обогащения и классифика-
ции материалов: М.А. Дементьев, П.В. Ляшенко, В.В. Длоугий,
Д.М. Минц, Т.И. Пеняскин, С.В. Овчарук и др.; в теории гид-
ротранспорта горных пород: В.В. Трайнис, А.Е. Смолдырев,
В.С. Кнороз, Н.А. Силин и др.; в гидравлической разработке
россыпей: С.М. Шорохов, Г.М. Лезгинцев, В.Г. Лешков, В.П.
Дробаденко, С.В. Потемкин и др.; в области разработки и соз-
дания нового оборудования гидромеханизации: В.А. Мороз, Б.М.
Шкундин, Е.П. Жарницкий, Л.М. Молочников, Л.А. Смойлов-
ская и др.; по проблемам гидромеханизированных работ в слож-
ных погодно-климатических условиях: Ю.А. Попов, А.А. Цер-
нант, Е.А. Бессонов и др.; в гидромеханизации дноуглубительных
работ: А.С. Стариков, К.А. Пятницкий, Н.Г. Упоров, А.П.
Уваров, Я.Ф. Бородулин и др.; по проблемам морской добычи
полезных ископаемых: Г.А. Нурок, Ю.В. Бубис, В.А. Лобанов,
Ю.В. Бруякин и др.; в гидравлической разработке сапропелевых
месторождений: В.Б. Добрецов, С.М. Штин и др.
2.2. Общие положения проектирования
Разработка проектной документации на строительство
(расширение, реконструкцию и техническое перевооружение)
объектов осуществляется на основе утвержденных (одобренных)
Обоснований инвестиций в строительство предприятий, зданий
25
и сооружений. Проектной документацией детализируются при-
нятые в Обоснованиях решения и уточняются основные техни-
ко-экономические показатели.
При разработке проектной документации необходимо руко-
водствоваться законодательными и нормативными актами Рос-
сийской Федерации и субъектов Российской Федерации, Инст-
рукцией о порядке разработки, согласования, утверждения и со-
ставе проектной документации на строительство предприятий,
зданий и сооружений, а также иными государственными доку-
ментами, регулирующими инвестиционную деятельность по соз-
данию и воспроизводству основных фондов. В необходимых
случаях субъекты, министерства и ведомства Российской Феде-
рации могут разрабатывать и утверждать территориальные и от-
раслевые нормативные документы с учетом региональных осо-
бенностей и отраслевой специфики проектируемых объектов.
Основным проектным документом на строительство объек-
тов является, как правило, технико-экономическое обоснование
(проект) строительства. На основании утвержденного в уста-
новленном порядке ТЭО (проекта) строительства разрабатыва-
ется рабочая документация.
Для технически и экологически сложных объектов и при
особых природных условиях строительства по решению заказ-
чика (инвестора) или заключению государственной экспертизы
по рассмотренному проекту одновременно с разработкой рабо-
чей документации и осуществлением строительства могут вы-
полняться дополнительные детальные проработки проектных ре-
шений по отдельным объектам, разделам и вопросам.
Для объектов, строящихся по проектам массового и повтор-
ного применения, а также других технически несложных объек-
тов на основе утвержденных (одобренных) Обоснований инве-
стиций в строительство или градостроительной документации
может разрабатываться рабочий проект (утверждаемая часть и
рабочая документация) или рабочая документация.
Основным документом, регулирующим правовые и финан-
совые отношения, взаимные обязательства и ответственность сто-
рон, является договор (контракт), заключаемый заказчиком с
привлекаемыми им для разработки проектной документации про-
ектными, проектно-строительными организациями, другими юри-
дическими и физическими лицами. Неотъемлемой частью дого-
вора (контракта) должно быть задание на проектирование.
26
Таблица 2.1
Рекомендуемое задание на проектирование объектов
производственного назначения
(Наименование и месторасположение проектируемого предприятия)
№п/п Перечень основных данных и требований
1 Основание для проектирования
2 Вид строительства
3 Стадийность проектирования
4 Требования по вариантной и конкурсной разработке
5 Особые условия строительства
6 Основные технико-экономические показатели объекта, в том числе мощность, производительность, производственная программа
7 Требования к качеству, конкурентоспособности и экологическим па- раметрам продукции
8 Требования к технологии, режиму предприятия
9 Требования к архитектурно-строительным, объемно-планировочным и конструктивным решениям
10 Выделение очередей и пусковых комплексов, требования по перспек- тивному расширению предприятия
11 Требования и условия к разработке природоохранных мер и меро- приятий
12 Требования к режиму безопасности и гигиене груда
13 Требования по ассимиляции производства
14 Требования по разработке инженерно-технических мероприятий граж- данской обороны и мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций
15 Требования по выполнению опытно-конструкторских и научно-ис- следовательских работ
16 Состав демонстрационных материалов
Рекомендуемый состав и содержание задания на проекти-
рование для объектов производственного назначения приведе-
ны в табл. 2.1.
Состав задания на проектирование устанавливается с уче-
том отраслевой специфики и вида строительства. Вместе с за-
данием на проектирование заказчик выдает проектной органи-
зации исходные материалы:
• обоснование инвестиций строительства данного объекта;
27
© решение местного органа исполнительной власти о пред-
варительном согласовании места размещения объекта;
© акт о выборе земельного участка (трассы) для строитель-
ства и прилагаемые к нему материалы;
© архитектурно-планировочное задание, составляемое в ус-
тановленном порядке;
© технические условия на присоединение проектируемого
объекта к источникам снабжения, инженерным сетям и комму-
никациям;
© сведения о проведенных с общественностью обсуждениях
решений о строительстве объекта;
© исходные данные по оборудованию, в том числе индиви-
дуального изготовления;
© необходимые данные по выполненным научно-исследо-
вательским и опытно-конструкторским работам, связанным с
созданием технологических процессов и оборудования;
© материалы инвентаризации, оценочные акты и решения
органов местной администрации о сносе и характере компенса-
ции за сносимые здания и сооружения;
• материалы, полученные от местной администрации и ор-
ганов государственного надзора, в том числе характеристика
социально-экономической обстановки, природных условий и со-
стояния природной окружающей среды, данные о существую-
щих источниках загрязнения и другие сведения в соответствии с
требованиями природоохранных органов, санитарно-эпидеми-
ологические условия в районе строительства;
© имеющиеся материалы инженерных изысканий и обсле-
дований, обмерочные чертежи существующих на участке стро-
ительства зданий и сооружений, подземных и наземных сетей и
коммуникаций;
© чертежи и технические характеристики продукции пред-
приятия;
• задание на разработку тендерной документации на стро-
ительство (при необходимости);
• заключения и материалы, выполненные по результатам об-
следования действующих производств, конструкций зданий и
сооружений;
© технологические планировки действующих цехов, участ-
ков со спецификацией оборудования и сведениями о его состо-
янии, данные об условиях труда на рабочих местах;
28
• условия на размещение временных здании и сооружении,
подъемно-транспортных машин и механизмов, мест складиро-
вания строительных материалов;
• другие материалы.
Проектирование объектов строительства должно осущест-
вляться юридическими и физическими лицами, получившими в
установленном порядке право на соответствующий вид дея-
тельности (лицензия).
Для осуществления единой технической политики назнача-
ется головная проектная организация, которая разрабатывает
нормативные и методические материалы и популяризирует пе-
редовой опыт отечественного и зарубежного проектирования.
Проект иногда может выполняться рядом специализированных
организаций. Ведущая проектная организация является гене-
ральным проектировщиком. Она является ответственной за ка-
чество работы и сроки выполнения проекта в целом. Генераль-
ный проектировщик по проектируемому предприятию назна-
чает главного инженера проекта, а при необходимости и глав-
ного архитектора проекта.
Проектные организации состоят из специализированных
отделов по всем частям проекта: технологический, электроме-
ханический, генплана и транспорта, организации строительст-
ва, экономических обоснований, сметный, сантехнический и др.
Задание на проектирование выдается главному инженеру про-
екта, который совместно с руководителями производственных
отделов составляет график выполнения проекта. Отделы зани-
маются поиском наилучших решений. Увязку всех частей про-
екта и техническое руководство проектированием выполняет
главный инженер проекта. Он несет ответственность за техни-
ческое совершенство и экономическую целесообразность про-
екта, правильность всех принципиальных проектных решений,
основные технико-экономические показатели, проведение не-
обходимых согласований проекта, а также за защиту проекта в
утверждающих инстанциях.
Одной из главных задач проектирования предприятия яв-
ляется определение мощности и срока его службы, размеров карь-
ерного поля, схем транспорта, способа вскрытия, элементов си-
стемы разработки и других параметров, соответствующих гор-
29
но-геологическим условиям месторождения и обеспечивающих
наилучшие экономические показатели разработки месторождения.
Заказчики проектной документации и проектировщики
обязаны своевременно вносить в рабочую документацию изме-
нения, связанные с введением в действие новых нормативных
документов. Использование изобретений при проектировании
объектов строительства и правовая защита изобретений, соз-
данных в процессе разработки проектной документации, осу-
ществляются в соответствии с действующим законодательст-
вом.
2.3. Разработка, согласование и утверждение
проектной документации
Разработка проектной документации осуществляется при
наличии утвержденного решения о предварительном согласо-
вании места размещения объекта на основе утвержденных (одо-
бренных) Обоснований инвестиций в строительство или иных
предпроектных материалов, договора, задания на проектиро-
вание и материалов инженерных изысканий.
При проектировании предприятий, зданий и сооружений
производственного назначения следует учитывать решения, при-
нятые в схемах и проектах районной планировки, генеральных
планах городов, поселков и сельских поселений, проектах пла-
нировки жилых, промышленных и других функциональных зон.
Проектная документация разрабатывается преимущественно на
конкурсной основе, в том числе через торги подряда (тендер).
При проектировании особо сложных и уникальных зданий и
сооружений заказчиком совместно с соответствующими науч-
но-исследовательскими и специализированными организациями
должны разрабатываться специальные технические условия, от-
ражающие специфику их проектирования, строительства и экс-
плуатации.
Проектная документация на строительство предприятия, зда-
ния и сооружения, разработанная в соответствии с государст-
венными нормами, правилами и стандартами, что должно быть
удостоверено соответствующей записью ответственного лица за
проект (главный инженер проекта, главный архитектор про-
екта, управляющий проектом), согласованию с органами госу-
30
дарственного надзора и другими заинтересованными органи-
зациями не подлежит, за исключением случаев, предусмотрен-
ных законодательством Российской Федерации. Обоснованные
отступления от требований нормативных документов допуска-
ются только при наличии разрешений органов, которые утвер-
дили и (или) ввели в действие эти документы.
Проектная документация, разработанная в соответствии с
исходными данными, техническими условиями и требования-
ми, выданными органами государственного надзора (контроля)
и заинтересованными организациями при согласовании места
размещения объекта, дополнительному согласованию не под-
лежит за исключением случаев, особо оговоренных законода-
тельством Российской Федерации.
Проекты, рабочие проекты на строительство объектов не-
зависимо от источников финансирования, форм собственности
и принадлежности подлежат государственной экспертизе в со-
ответствии с порядком, установленным в Российской Федерации.
Утверждение проектов, рабочих проектов на строительст-
во объектов в зависимости от источников его финансирования
производится:
• при строительстве за счет государственных капитальных
вложений из республиканского бюджета Российской Федера-
ции — в порядке, установленном Минстроем России совместно с
заинтересованными министерствами и ведомствами;
• при строительстве за счет капитальных вложений из со-
ответствующих бюджетов республик в составе Российской Фе-
дерации, краев, областей, автономных образований, городов Мос-
квы и Санкт-Петербурга — соответствующими органами госу-
дарственного управления или в устанавливаемом ими порядке;
• при строительстве за счет собственных финансовых ре-
сурсов, заемных и привлеченных средств инвесторов (включая
иностранных инвесторов) — непосредственно заказчиками
(инвесторами).
Документом об утверждении проектов предприятий являет-
ся приказ, постановление, решение или другой распорядитель-
ный документ.
31
2.4. Состав и содержание проектной документации
на строительство предприятий
Проект на строительство предприятий, зданий и сооружений
производственного назначения состоит из следующих разделов:
• Общая пояснительная записка;
• Генеральный план и транспорт;
• Технологические решения;
• Организация и условия труда работников. Управление
производством и предприятием;
• Архитектурно-строительные решения;
• Инженерное оборудование, сети и системы;
• Организация строительства;
• Охрана окружающей среды;
• Инженерно-технические мероприятия гражданской обо-
роны. Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций;
• Сметная документация;
• Эффективность инвестиций.
Рекомендуемый состав и содержание разделов проекта на
строительство предприятий, зданий и сооружений производст-
венного назначения приводятся ниже.
Общая пояснительная записка
Пояснительная записка включает в себя:
основание для разработки проекта, исходные данные для
проектирования, краткую характеристику предприятия и вхо-
дящих в его состав производств, данные о проектной мощности
и номенклатуре, качестве, конкурентоспособности, техническом
уровне продукции, сырьевой базе, потребности в топливе, воде,
тепловой и электрической энергии, комплексном использова-
нии сырья, отходов производства, вторичных энергоресурсов;
сведения о социально-экономических и экологических условиях
района строительства;
основные показатели по генеральному плану, инженерным
сетям и коммуникациям, мероприятия по инженерной защите
территории;
общие сведения, характеризующие условия и охрану труда
работающих, санитарно-эпидемиологические мероприятия, ос-
новные решения, обеспечивающие безопасность труда и условия
жизнедеятельности маломобильных групп населения;
32
сведения об использованных в проекте изобретениях;
технико-экономические показатели, полученные в результате
разработки проекта, их сопоставление с показателями утвержден-
ного (одобренного) Обоснования инвестиций в строительство
объекта и установленным заданием на проектирование, выводы и
предложения по реализации проекта;
сведения о проведенных согласованиях проектных реше-
ний; подтверждение соответствия разработанной проектной до-
кументации государственным нормам, правилам, стандартам,
исходным данным, а также техническим условиям и требовани-
ям, выданным органами государственного надзора (контроля)
и заинтересованными организациями при согласовании места
размещения объекта;
оформленные в установленном порядке согласования об
отступлениях от действующих нормативных документов.
Генеральный план и транспорт
В этом разделе приводят: краткую характеристику района
и площадки строительства; решения и показатели по генераль-
ному плану (с учетом зонирования территории), внутриплоща-
дочному и внешнему транспорту, выбор вида транспорта, ос-
новные планировочные решения, мероприятия по благоустрой-
ству территории; решения по расположению инженерных сетей
и коммуникаций; организацию охраны предприятия.
Основные чертежи:
ситуационный план размещения предприятия, здания, со-
оружения с указанием на нем существующих и проектируемых
внешних коммуникаций, инженерных сетей и селитебных тер-
риторий, границы санитарно-защитной зоны, особо охраняе-
мые территории; для линейных сооружений приводят план трас-
сы (вне- и внутриплощадочных), а при необходимости — про-
дольный профиль трассы;
картограмма земляных масс;
генеральный план, на который наносят существующие, про-
ектируемые (реконструируемые) и подлежащие сносу здания и
сооружения, объекты охраны окружающей среды и благоуст-
ройства, озеленения территории и принципиальные решения по
расположению внутриплощадочных инженерных сетей и транс-
портных коммуникаций, планировочные отметки территории;
выделяют объекты, сети и транспортные коммуникации, входя-
щие в пусковые комплексы.
33
Технологические решения
Раздел содержит:
данные о производственной программе; краткую характе-
ристику и обоснование решений по технологии производства,
данные о трудоемкости (станкоемкости) изготовления продук-
ции, механизации и автоматизации технологических процессов,
состав и обоснование применяемого оборудования, в том числе
импортного; решения по применению мало- и безотходных
технологических процессов и производств, повторному исполь-
зованию тепла и уловленных химреагентов; сведения о числе
рабочих мест и их оснащенности; характеристику межцеховых
и цеховых коммуникаций;
предложения по организации контроля качества продукции;
решения по организации ремонтного хозяйства;
данные о количестве и составе вредных выбросов в атмо-
сферу и сбросов в водные источники (по отдельным цехам, про-
изводствам, сооружениям);
технические решения по предотвращению (сокращению)
выбросов и сбросов вредных веществ в окружающую среду;
оценку возможности возникновения аварийных ситуаций и ре-
шения по их предотвращению;
сведения о виде, составе и объеме отходов производства,
подлежащих утилизации и захоронению;
топливно-энергетический и материальный балансы техно-
логических процессов;
данные о потребности в основных видах ресурсов для тех-
нологических нужд.
Основные чертежи:
принципиальные схемы технологических процессов;
технологические планировки по корпусам (цехам) с указа-
нием размещения оборудования и транспортных средств;
схемы грузопотоков.
Организация и условия труда работников.
Управление производством и предприятием
Настоящий раздел выполняется в соответствии с норма-
тивными документами Минтруда России. В этом разделе рас-
сматриваются: организационная структура управления пред-
приятием и отдельными производствами, автоматизированная
система управления и его информационное, функциональное,
организационное и техническое обеспечение; автоматизация и
34
механизация труда работников управления; результаты расче-
тов численного и профессионально-квалификационного соста-
ва работающих; данные о числе и оснащенности рабочих мест;
санитарно-гигиенические условия труда работающих; меро-
приятия по охране труда и технике безопасности, в том числе
решения по снижению производственных шумов и вибраций,
загазованности помещений, избытка тепла, повышению ком-
фортности условий труда и т. д.
Архитектурно-строительные решения
Раздел включает в себя:
сведения об инженерно-геологических, гидрогеологических
условиях площадки строительства; краткое описание и обосно-
вание архитектурно-строительных решений по основным здани-
ям и сооружениям; обоснование принципиальных решений по
снижению производственных шумов и вибраций, бытовому, са-
нитарному обслуживанию работающих;
мероприятия по электро-, взрыво- и пожаробезопасности;
защите строительных конструкций, сетей и сооружений от кор-
розии;
основные чертежи: планы, разрезы и фасады основных зда-
ний и сооружений со схематическим изображением основных
несущих и ограждающих конструкций.
Инженерное оборудование, сети и системы
В разделе рассматриваются:
решения по канализации, водо-, тепло-, газо-, электроснаб-
жению, отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха;
инженерное оборудование зданий и сооружений, в том чи-
сле электрооборудование, электроосвещение, связь и сигнали-
зация, радиофикация и телевидение, противопожарные устрой-
ства и молниезащита и др.
диспетчеризация и автоматизация управления инженерны-
ми системами.
Основные чертежи:
принципиальные схемы тепло-, электро-, газо-, водоснаб-
жения и канализации и др.;
планы и профили инженерных сетей;
чертежи основных сооружений;
планы и схемы внутрицеховых отопительно-вентиляцион-
ных устройств, электроснабжения и электрооборудования, ра-
35
диофикации и сигнализации, автоматизации управления инже-
нерными системами и др.
Организация строительства
Настоящий раздел разрабатывается в соответствии со СНиП
«Организация строительного производства» и с учетом усло-
вий и требований, изложенных в договоре на выполнение про-
ектных работ и имеющихся данных о рынке строительных услуг.
Охрана окружающей среды
Настоящий раздел выполняется в соответствии с государ-
ственными стандартами, строительными нормами и правила-
ми, утвержденными Минстроем России, нормативными доку-
ментами Минприроды России и другими нормативными акта-
ми, регулирующими природоохранную деятельность.
Инженерно-технические мероприятия
гражданской обороны. Мероприятия по предупреждению
чрезвычайных ситуаций
Настоящий раздел выполняется в соответствии с нормами
и правилами в области гражданской обороны, защиты населе-
ния и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и
техногенного характера.
Сметная документация
Для определения сметной стоимости строительства пред-
приятий, зданий и сооружений (или их очередей) составляется
сметная документация в соответствии с положениями и форма-
ми, приводимыми в нормативно-методических документах Мин-
строя России.
В состав документации, разработанной на стадии проекта,
должны входить: сводные сметные расчеты стоимости строитель-
ства и, при необходимости, сводка затрат (при разных источ-
никах финансирования); объектные и локальные сметные рас-
четы; сметные расчеты на отдельные виды затрат (в том числе
на проектные и изыскательские работы).
В состав рабочей документации — объектные и локальные
сметы (если предусмотрено договором).
Для определения стоимости строительства рекомендуется
использовать действующую сметно-нормативную (нормативно-
информационную) базу, разрабатываемую, вводимую в дейст-
вие и уточняемую в установленном порядке.
36
Стоимость строительства в сметной документации заказчи-
ка рекомендуется приводить в двух уровнях цен:
в базисном (постоянном) уровне, определяемом на основе
действующих сметных норм и цен;
в текущем или прогнозном уровне, определяемом на основе
цен, сложившихся ко времени составления смет или прогнози-
руемых к периоду осуществления строительства.
В результате совместного решения заказчика и подрядной
строительно-монтажной организации оформляется протокол
(ведомость) свободной (договорной) цены на строительную про-
дукцию по соответствующей форме.
При составлении сметной документации, как правило, ис-
пользуется ресурсный (ресурсно-индексный) метод, при кото-
ром сметная стоимость строительства определяется на основе
данных проектных материалов о потребных ресурсах (рабочей
силе, строительных машинах, материалах и конструкциях) и те-
кущих (прогнозных) ценах на эти ресурсы.
В сводном сметном расчете отдельной строкой предусмат-
ривается резерв средств на непредвиденные работы и затраты,
исчисляемый от общей сметной стоимости (в текущем уровне
цен) в зависимости от степени проработки и новизны проект-
ных решений. Для строек, осуществляемых за счет капитальных
вложений из республиканского бюджета Российской Федера-
ции, размер резерва не должен превышать 3 % по объектам
производственного назначения и 2 % по объектам социальной
сферы.
Дополнительные средства на возмещение затрат, выявив-
шихся после утверждения проектной документации в связи с
введением по решениям Правительства Российской Федерации
повышающих коэффициентов, льгот, компенсаций и др., следу-
ет включать в сводный сметный расчет отдельной строкой, с
последующим изменением итоговых показателей стоимости
строительства и утверждением произведенных уточнений ин-
станцией, утвердившей проектную документацию.
Эффективность инвестиций
На основе количественных и качественных показателей,
полученных при разработке соответствующих разделов проек-
та, выполняются расчеты эффективности инвестиций.
37
Производится сопоставление обобщенных данных и ре-
зультатов расчетов с основными технико-экономическими по-
казателями, определенными в составе Обоснований инвестиций
в строительство данного объекта, заданием на проектирование
и на его основе принимается окончательное решение об инве-
стировании и реализации проекта. Примерный перечень техни-
ко-экономических показателей приведен в Строительных нор-
мах и правилах Российской Федерации (СНиП П-01—95)
Настоящий раздел выполняется в соответствии с Методи-
ческими рекомендациями по оценке эффективности инвестици-
онных проектов и их отбору для финансирования, утвержден-
ными Госстроем, Минэкономики, Минфином, Госкомпромом
Российской Федерации (№ 7-12/47 от 31.03.94).
Расчеты и анализ основных экономических и финансовых
показателей рекомендуется приводить в форме таблиц (СНиП
П-01—95).
При проектировании гидромеханизированного предприя-
тия открытых горных работ решаются следующие задачи.
1. Производительность карьера и общая схема организации
работы: обосновываются производительность карьера по полез-
ному ископаемому и вскрыше, режим и срок работы карьера,
последовательность разработки месторождения, конфигурация
блоков, календарный план добычных и вскрышных работ.
2. Вскрытие месторождения и горно-капитальные работы:
обосновываются местоположение вскрывающих выработок,
устройство котлованов и объем горно-капитальных работ.
3. Система разработки: обосновываются система разработ-
ки и основные ее элементы, а также рассчитываются произво-
дительность и число единиц вскрышного и добычного обору-
дования.
4. Отвальное хозяйство: определяются расход пульпы, ее
плотность, содержание твердого в пульпе, гранулометрический
и минералогический состав твердого (поступающего в гидро-
отвал), режим работы средств гидротранспорта, годовой и об-
щий объем твердого, местоположение гидроотвала и его при-
емная способность с учетом объема воды, определяемого схе-
мой водоснабжения, годовое (сезонное) повышение гидроотва-
ла и способ его намыва, способ возведения дамб, состав соору-
жений и устройств гидроотвала, их назначение, класс капиталь-
ности, основные размеры к началу и концу заполнения гидро-
38
отвала, местоположение отстойного пруда и водосборных соо-
ружений для пропуска паводковых расходов и отвода осветлен-
ной воды, элементы пляжа (уклон, ширина) и физико-механи-
ческие свойства пород боковой призмы гидроотвала; обосновы-
ваются тип и конструкции оборудования.
5. Гидротранспорт: определяются объем и плотность пуль-
пы, гранулометрический состав горной массы, подаваемой на
фабрику; объем и плотность пульпы, гранулометрический со-
став хвостов, подаваемых в гидроотвал; консистенция, плот-
ность пульпы, характеристика вскрышных пород и место их
укладки, способ разработки горной массы, длина транспорти-
рования, место подачи пульпы, максимальная и минимальная вы-
сота ее подачи, отметка гребня дамбы гидроотвала к концу пер-
вого года работы и к концу заполнения, длина транспортирова-
ния в начальный период и к концу заполнения гидроотвала; обо-
сновываются способы разработки и гидротранспортирования
вскрышных пород, отметки площадки расположения землесос-
ных установок и отвальных пульпопроводов, высота подачи пуль-
пы, длина транспортирования в начальный и конечный периоды
заполнения; определяются потери и диаметр трубопровода для
гидротранспорта горной массы на промплощадку, хвостов и
вскрышных пород на гидроотвалы; обосновываются трасса тру-
бопровода, тип землесосных станций, их местоположение, обо-
рудование и число его единиц, режим работы оборудования на
добычных, вскрышных и отвальных работах,
6. Производственное водоснабжение: обосновываются схе-
ма и источники водоснабжения; определяются потребные рас-
ход и напор воды; выбирается оборудование для водоснабже-
ния и рассчитываются потери напора.
7. Технико-экономическая часть: обосновываются место стро-
ительства, мощность и состав предприятия, ассортимент про-
дукции, состав пусковых комплексов и очередей строительства;
определяется потребность в рабочих и инженерно-технических
работниках по вскрышным и добычным работам, обогащению
и складированию, вспомогательным работам, по погрузке и
транспорту продукции; рассчитываются годовой фонд заработ-
ной платы рабочих и общий фонд заработной платы; опреде-
ляются производительность труда рабочих в денежном и нату-
39
ральном выражении, сумма капитальных затрат и их структура
(затраты на строительные и монтажные работы, приобретение
оборудования и инструмента, прочие затраты), стоимость ос-
новных фондов и их структура (здания, сооружения, машины и
оборудование, инструмент, производственный инвентарь, транс-
портные средства, хозяйственный инвентарь и др.); рассчиты-
ваются затраты на электроснабжение по основным потребите-
лям с учетом потерь в сети и трансформаторах, затраты на
вспомогательные материалы и запасные части, текущий ремонт
и прочие затраты; составляются смета затрат на производство
и калькуляция себестоимости выпускаемой продукции; рассчи-
тываются прибыль и рентабельность предприятия и экономи-
ческая эффективность капитальных затрат (фондоемкость, фон-
доотдача, срок окупаемости); оцениваются основные технико-
экономические показатели.
Рабочая документация со сметами разрабатывается после
утверждения проекта со сводным сметным расчетом стоимости.
В ней уточняются и детализируются проектные решения по от-
дельным объектам с целью перехода к строительно-монтажным
работам. Рабочая документация должна выдаваться проектной
организацией заказчику в четырех экземплярах.
Для случая проектирования предприятий промышленности
строительных материалов в две стадии (проект и рабочая до-
кументация) в состав комплексного проекта должны входить
следующие материалы.
А. Пояснительная записка.
Часть 1. Общая пояснительная записка.
Часть 2. Технико-экономическая.
Часть 3. Генеральный план и внешний транспорт.
1. Генеральный план.
2. Внешний транспорт.
Часть 4. Технологическая.
1. Технология производства горных работ.
2. Промышленное (технологическое) водоснабжение.
3. Хвостовое хозяйство.
4. Технология переработки.
5. Технология вспомогательных производств.
6. Автоматизация технологических процессов и уп-
равления электроприводами механизмов.
40
7. Электроснабжение и электрооборудование.
8. Связь.
Часть 5. Строительная.
1. Архитектурно-строительные решения.
2. Отопление, вентиляция и теплоснабжение.
3. Водоснабжение и канализация.
4. Инженерно-технические мероприятия по ГО.
5. Мероприятия по охране окружающей среды, элек-
тро-, взрыво- и пожаробезопасность. Техника безопас-
ности. Ограничение шума и вибрации.
Часть 6. Организация труда и система управления произ-
водством.
Часть 7. Организация подготовки к освоению проектных
мощностей и освоение проектных мощностей в нормативные
сроки.
Часть 8. Организация строительства.
Часть 9. Охрана окружающей среды.
Часть 10. Сметная.
Часть 11. Соображения по пусковому комплексу.
Б. Чертежи.
В. Сборник заказных спецификаций и ведомостей по оборудо-
ванию и монтажным материалам.
Г. Паспорт проекта.
Все материалы проекта комплектуются в отдельные тома,
состав которых принимается в зависимости от объемов разра-
батываемых материалов и от удобства согласования отдельных
частей проекта с соответствующими инструкциями по усмотре-
нию главного инженера проекта.
При небольшом объеме пояснительной записки к проекту
или при незначительном числе требующихся согласований все
материалы проекта комплектуются в 7-ми томах:
Том 1. Пояснительная записка (части 1—7).
Том 2. Чертежи.
Том 3. Организация строительства (с чертежами).
Том 4. Охрана окружающей среды.
Том 5. Сметная часть (книги 1—3).
Том 6. Соображения по пусковому комплексу (с чертежами).
Том 7. Сборник заказных спецификаций и ведомостей по
оборудованию и монтажным материалам.
Том 8. Паспорт проекта.
41
При большом объеме пояснительной записки или при не-
обходимости многочисленных согласований проекта с различ-
ными инструкциями допускается деление 1-го и 2-го томов на
отдельные книги. Например, следующее деление.
Том 1. Книга 1. Общая пояснительная записка, технико-эко-
номическая часть, организация труда и система управления про-
изводством.
Том 1. Книга 2. Генеральный план и внешний транспорт.
Том 1. Книга 3. Технологическая часть.
Том 1. Книга 4. Строительная часть.
Том 1. Книга 5. Организация подготовки к освоению про-
ектных мощностей и освоение проектных мощностей в норма-
тивные сроки.
Том 2. Книга 1. Чертежи. Генеральный план и внешний
транспорт.
Том 2. Книга 2. Чертежи. Технологическая часть.
Том 3. Книга 3. Чертежи. Строительная часть.
Возможно следующее комплектование отдельных книг по-
яснительной записки вместе с чертежами по этим частям проек-
та.
Том 1. Книга 2. Генеральный план и внешний транспорт.
Пояснительная записка и чертежи.
Том 1. Книга 3. Технологическая часть. Пояснительная за-
писка и чертежи.
Том 1. Книга 4. Строительная часть. Пояснительная запис-
ка и чертежи.
При комплектовании проекта раздел «Инженерно-техниче-
ские мероприятия по гражданской обороне» (раздел 4 Строи-
тельной части) выпускается отдельной книгой.
Разделы проекта, выполненные субподрядными проектны-
ми организациями, выпускаются отдельными томами.
Экономическая оценка эффективности инвестиций оформ-
ляется отдельным томом и книгой.
В каждую книгу включается титульный лист. Титульные
листы томов (кроме томов по инвестиции и приложения к ТЭО)
подписываются руководителем проектной организации, глав-
ным инженером и главным инженером проекта (ГИПом). Ти-
тульные листы некоторых томов и книг (указанных выше в
скобках) подписываются главным инженером проектной орга-
низации и ГИПом.
42
Состав рабочей документации
Состав рабочей документации на строительство предпри-
ятий, зданий и сооружений определяется соответствующими
государственными стандартами и уточняется заказчиком и
проектировщиком в договоре (контракте) на проектирование.
Государственные, отраслевые и республиканские стандар-
ты, а также чертежи типовых конструкций, изделий и узлов, на
которые имеются ссылки в рабочих чертежах, не входят в со-
став рабочей документации и могут передаваться проектиров-
щиком заказчику, если это указано в договоре.
2.5. Сводная сметная документация
Для определения сметной стоимости проектируемого пред-
приятия составляется следующая сметная документация.
Сводная смета к проекту
Форма I
Министерство, ведомство________________________________________________
(Утвержден)
Сводная смета в сумме тыс. руб., в том числе возвратных сумм
___________________тыс. руб.
(Ссылка на документ об утверждении)
«___ , » 200 Г.
Сводный сметный расчет стоимости строительства
(Наименование стройки)
Составлена в ценах 200 г.
Поряд- ковый номер Номер сметы Наименова- ние глав, объ- ектов работ и затрат Сметные затраты, тыс. руб. Общая сметная стоимость, тыс. руб.
на строи- тельные работы на мон- тажные работы на оборудо- вание, приспо- собления и производств, инвентарь прочие затраты
1 2 3 4 5 6 7 8
Руководитель проектной организации
Главный инженер проектной организации
Главный инженер проекта (ГИП)
Начальник отдела
Заказчик
43
В сводной смете промышленного строительства содержатся
следующие разделы.
1. Подготовка территории строительства.
2. Объекты основного производственного назначения.
3. Объекты подсобного производственного и обслуживаю-
щего назначения.
4. Объекты энергетического хозяйства.
5. Объекты транспортного хозяйства и связи.
6. Наружные сети и сооружения водоснабжения, канализа-
ции, теплоснабжения.
7. Благоустройство территории предприятия.
8. Прочие работы и затраты.
9. Временные здания и сооружения.
10. Содержание дирекции строящегося предприятия и ав-
торский надзор.
11. Подготовка эксплуатационных кадров.
12. Проектные и изыскательские работы.
В сводный сметный расчет помимо указанного включаются
средства по освоению территории строительства, сносу и перено-
су зданий и сооружений, расположенных на отводимом зе-
мельном участке или за его пределами, если дальнейшее их ис-
пользование по назначению окажется невозможным, по возмеще-
нию убытков землепользователя и потерь сельскохозяйственного
производства при изъятии земель, по возмещению убытков, при-
чиненных проведением водохозяйственных мероприятий, прекра-
щением или изменением условий водопользования, а также осу-
ществлением других мероприятий, связанных с нарушением при-
родной среды. Кроме того, включаются средства на восстановле-
ние (рекультивацию) земельных участков, представленных во вре-
менное пользование, в соответствии с проектом на рекультивацию.
В пояснительной записке, прилагаемой к сводной смете про-
мышленного строительства, приводятся данные о территориаль-
ном районе, тарифный пояс, данные о наличии специальных ре-
шений, перечень каталогов единичных расценок (принятых для
составления смет на строительство объектов), наименование гене-
ральной подрядной организации, накладные расходы и их обо-
снование, порядок определения сметной стоимости строительства,
порядок определения сметной стоимости оборудования и его мон-
тажа. В случае, когда при расчетах средств на прочие работы име-
ются ссылки на данные подрядных и других организаций, долж-
ны быть приложены копии соответствующих документов.
44
Глава 3
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
3.1. Требования к исходным данным
Возможность применения гидромеханизации на открытых
горных работах зависит от ряда факторов, из которых опреде-
ляющими являются горно-геологические и климатические ус-
ловия. Гидромеханизация может применяться как на вскрыш-
ных, так и на добычных работах. Для проектирования гидроме-
ханизированного предприятия необходимо иметь от заказчика
задание на проектирование и геологический отчет по месторо-
ждению, утвержденный Государственной комиссией по запасам.
Задание на проектирование гидромеханизированного пред-
приятия содержит следующие данные: наименование предпри-
ятия; основание для проектирования; район, пункты и площад-
ка строительства; режим работы предприятия; источники снаб-
жения предприятия сырьем, водой, газом, электроэнергией; ос-
новные технологические процессы и оборудование; сроки стро-
ительства; намечаемый размер капитальных затрат и основные
технико-экономические показатели проекта, которые должны
быть достигнуты; стадийность проектирования; технико-эконо-
мические показатели, достигнутые при эксплуатации аналогич-
ных месторождений (при необходимости).
Геологический отчет должен включать следующие матери-
алы: общие сведения о районе; орогидрографию и климат рай-
она; геологическую и гидрогеологическую характеристики ме-
сторождения; качественную характеристику сырья и кондиции
на него; запасы полезного ископаемого (по категориям).
К общим относятся сведения о расположении месторожде-
ния по административному признаку и его географических ко-
ординатах, промышленных предприятиях и строительных ор-
ганизациях в районе, принадлежности земель, на которых рас-
полагается разведанное месторождение, сейсмичности района.
Орогидрография включает гидрографическую сеть (распо-
ложение месторождения по отношению к реке и террасе; фор-
ма, длина и ширина месторождения; рельеф, уклоны и др.), гид-
рографические сведения, используемые при гидрологических
45
расчетах, сведения о водостоках при эксплуатации месторожде-
ния, о весеннем половодье, очищении рек ото льда, меженном
горизонте, ледовых образованиях, осенних паводках, модулях
стока, норме мутности.
Сведения о климате содержат описание климатического рай-
она месторождения, максимальную и минимальные температу-
ры, направление и скорость ветра, данные об осадках.
В геологической характеристике месторождения даются опи-
сание стратиграфического разреза месторождения, сведения о
его распространенности, мощности, гипсометрии кровли и поч-
вы, характеристика слагающих его пород.
Гидрогеологическая характеристика содержит сведения об
обводненности месторождения, наличии водоносных горизон-
тов, их распространенности, мощности и зоне питания, о на-
порных или безнапорных водах, уровнях подземных вод, водо-
носных породах, коэффициенте фильтрации каждого водонос-
ного слоя.
В качественной характеристике сырья приводятся сведения
о гранулометрическом и минеральном составах, условия полу-
чения товарной продукции в соответствии с требованиями ГОСТа
и заказчика, рекомендации по границам карьера и нарезке
вскрышного уступа, по разработке полезного ископаемого, сред-
невзвешенный гранулометрический состав горной массы карь-
ера в целом и по скважинам.
По запасам полезного ископаемого приводятся таблицы
подсчета геологических и промышленных запасов, потери по-
лезного ископаемого, объемы вскрышных пород, принятых к
разработке по месторождению в целом и по характерным уча-
сткам месторождения. Кратко излагается метод подсчета запа-
сов. В случае проектирования только гидровскрышных работ
такие исходные данные, как качественная характеристика сы-
рья, подсчет запасов и другие показатели, не относящиеся к
вскрышным работам, могут отсутствовать.
При проектировании дражных разработок исходными яв-
ляются данные детальной разведки, на основе которых подсчи-
тываются и утверждаются запасы по категориям. На золотосо-
держащих россыпных месторождениях разрешается проекти-
ровать гидравлические или дражные разработки и при наличии
предварительно разведанных запасов (апробированных ГКЗ) с
46
последующей корректировкой проекта на базе детально разве-
данных запасов категорий, утвержденных ГКЗ.
Задание на проектирование гидромеханизации горных ра-
бот выдается предприятиям акционерными обществами, ком-
паниями. В случае, когда способом гидромеханизации выпол-
няются отдельные работы в общем комплексе горных работ, за-
дание на проектирование выдается головным институтом — ге-
неральным проектировщиком.
3.2. Нормативные документы для проектирования
Нормативные документы для проектирования дают прин-
ципиальные направления для определения основных техниче-
ских и технологических параметров гидромеханизированных
предприятий на основе творческой проработки и технико-эко-
номического обоснования. Согласно Инструкции о составе, по-
рядке разработки, согласования и утверждения проектно-смет-
ной документации на строительство предприятий, зданий и со-
оружений проектные организации при проектировании долж-
ны руководствоваться нормативными актами Российской Фе-
дерации и другими нормативными актами по капитальному
строительству и в том числе: нормативными документами по
проектированию и строительству; нормативными документами,
связанными с проектированием и строительством, утвержден-
ными министерствами и ведомствами страны; государственны-
ми стандартами; документами по основным направлениям в
проектировании объектов соответствующих отраслей; Норма-
ми технологического проектирования; Строительными нормами
и правилами; Строительным каталогом типовых железобетон-
ных, металлических, деревянных и асбоцементных конструкций
и изделий для всех видов строительства и территориальными
каталогами типовых строительных конструкций и изделий для
промышленного, сельскохозяйственного и жилищно-гражданско-
го строительства; каталогами на все виды оборудования, при-
боры и др.; сметными нормативами для определения сметной
стоимости строительства; информацией о новом технологиче-
ском и вспомогательном оборудовании, новых строительных
материалах и изделиях; межотраслевыми требованиями и нор-
мативными материалами по организации труда; инструкцией
ГКЗ по оценке инженерно-геологических и гидрогеологических
47
условий разработки месторождений полезных ископаемых; ин-
струкцией ГКЗ по оценке попутных полезных ископаемых и ком-
понентов в месторождениях; Законом Российской Федерации «О
недрах»; Положением о порядке лицензирования пользования не-
драми; нормативными документами Госгортехнадзора России.
В проектировании одним из основных нормативных докумен-
тов являются Строительные нормы и правила (СНиП). Стро-
ительные нормы и правила — система нормативных документов,
представляющих единые требования по проектированию и строи-
тельству для проектных, строительных и монтажных организаций,
предприятий промышленности строительных материалов и кон-
струкций независимо от их ведомственной подчиненности, мини-
стерств, ведомств, государственных комитетов. Включаемые в
СНиП нормативные документы разделены на четыре части:
I. Общие положения;
II. Нормы проектирования;
III. Правила производства и приемки работ;
IV. Сметные нормы и правила.
Первая, вторая и третья части состоят из разделов, обозна-
ченных заглавными буквами (А, Бит. д.), разделы состоят из
глав, обозначенных арабскими цифрами. Последние две цифры
указывают год утверждения главы. Каждая глава СНиПа раз-
делена на параграфы и пункты (например, пункт 3.2 СНиПа II-
01—95).
3.3. Подсчет запасов полезного ископаемого
и объемов вскрышных пород
Как правило, гидромеханизированный способ разработки
применяется на горизонтальных и пологих месторождениях. Су-
ществует несколько способов подсчета запасов полезного иско-
паемого и объемов вскрышных пород на таких месторождени-
ях. При подсчете запасов известны способы среднего арифмети-
ческого, геологических блоков, сечений, объемной палетки проф.
П.К. Соболевского, метод геометрического анализа акад. В.В.
Ржевского.
Способ среднего арифметического является наиболее про-
стым. Он используется в том случае, когда месторождение раз-
ведано скважинными или горными выработками. Средняя мощ-
ность, м, залежи (и среднее содержание полезного компонента)
48
определяется как среднее арифметическое значений мощности
по всем разведочным выработкам в пределах контура карьер-
ного поля, т. е.
(3.1)
п
где xt— мощность залежи по z-й разведочной выработке, м;
п — число разведочных выработок в пределах карьерного поля.
Способ среднего арифметического позволяет ориентировоч-
но подсчитать запасы месторождения при минимальных затра-
тах труда и средств. Этот способ целесообразно использовать
для подсчета запасов на слаборазведанных месторождениях при
большом числе равномерно распределенных разведочных вы-
работок. Недостатком этого способа является малая точность
подсчета запасов для месторождений сложной формы и нерав-
номерного распределения разведочных выработок.
При способе геологических блоков площадь залежи разде-
ляется на блоки, что позволяет учитывать равную степень раз-
веданности месторождения и различие вещественного состава.
Запасы в пределах каждого блока подсчитываются способом
среднего арифметического, а общие запасы полезного ископа-
емого определяются суммированием запасов по блокам. Досто-
инством этого способа является возможность выделения раз-
личных типов и сортов полезного ископаемого.
Способ сечений заключается в том, что через разведочные
выработки, расположенные по параллельным линиям или на
одних горизонтах, строятся соответственно вертикальные или
горизонтальные сечения. Запасы полезного ископаемого и
полезного компонента q'n в полосе залежи шириной b = 1 м
определяются по формулам:
(3.2)
Яь (3-3)
где Vj — объем полосы залежи /-го сечения; — средняя плот-
ность полезного ископаемого в /-м сечении; q’n— среднее со-
держание полезного компонента в /-м сечении.
=bSc, (3.4)
49
здесь Sc — площадь сечения залежи.
Если запасы в полосах z'-ro и (i - 1)-го сечений различаются
между собой более чем на 40 %, то запасы полезного ископае-
мого q6 и полезного компонента q'Q в блоке, ограниченном
этими сечениями, определяются по формулам:
(?б О,5£б(<7/ (3.5)
^=0,54^;-^), (з.б)
где Лб — расстояние между z-м и (z - 1 )-м сечениями.
Если запасы в полосах различаются между собой более чем
на 40 %, то запасы блока определяются по формулам:
= А. 3——з---------------;
(3.7)
7б “ q
(3.8)
Если между сечениями угол ас 10° или ас > 10°, то объем
блока определяется по формулам соответственно
И =0,25 (Я/+
v = (я;+я;, )(£,+?,_,)
6 4 sin ас 5
(3.9)
(З.Ю)
где Н' — длина перпендикуляра, опущенного из центра тяжести
z-го сечения на (/ - 1)-е сечение; — длина перпендикуляра,
опущенного из центра тяжести (/ - 1)-го сечения на z-e сечение;
S/ — площадь z-го сечения; S, ч — площадь (/ - 1)-го сечения.
Запасы полезного ископаемого qe и полезного компонента
q$ в блоке определяются по формулам:
?6 = О,5К6(у,+у,_1); (3.11)
#6= 0,5^б , (3.12)
где у— средняя плотность полезного ископаемого в (/ - 1)-м
сечении.
50
Формулы (3.11), (3.12) рекомендуется применять при усло-
вии, что у, « , q- « q'^, a S{ и Sj _( различаются между собой
не более чем в 6 раз.
Суть способа объемной палетки проф. П.К. Соболевского
состоит том, что на план изомощностей накладывается палетка
в виде квадратной сетки, которая делит всю площадь на квад-
раты площадью AS (рис. 3.1). Каждый квадрат является нижним
основанием вертикальной косоугольной призмы. Верхним ее
основанием является элементарная площадка поверхности пла-
на изомощностей. Объем i-й призмы определяется по формуле
AV = ASh{) (3.13)
где AS — площадь квадрата палетки, м2; ht — средняя высота z-й
элементарной призмы, определяемая для центров квадратов
палетки интерполяцией между изолиниями мощностей, м.
Объем залежи определяется по формуле
п
Ml
(3.14)
Запасы полезного ископаемого и ценного компонента в за-
лежи определяются соответственно по формулам:
^э = ^3 гс; (3.15)
(3.16)
где ус — средняя плотность полезного ископаемого; q'c — сред-
нее содержание полезного компонента.
В пределах контура залежи
границы крайних квадратов па-
летки не совпадают с линией кон-
тура. Поэтому высота элементар-
ных призм умножается на коэф-
фициент, равный доле площад-
ки Д5, входящей в контур залежи.
Рис. 3.1. План изомощностей с палеткой
проф. П.К. Соболевского для подсчета
запасов (цифрами показаны изомощности)
51
Подсчет производится при двух положениях палетки. За окон-
чательный результат принимают среднее из двух значений показа-
телей. Этот способ возможно применять только при наличии
плана изомощностей. Он требует больших затрат ручного труда.
Точность подсчета запасов рассмотренными выше способа-
ми при условии полного учета геологической характеристики
месторождения практически одинакова.
Объем вскрышных пород в границах карьерного поля под-
считывается методом сечений.
Суть метода геометрического анализа акад. В.В. Ржевского
для пологих и горизонтальных залежей заключается в вычерчива-
нии ряда положений фронта работ через определенные интервалы
его подвигания и определении для каждого положения фронта
объемов вскрышных пород и извлекаемых запасов полезного ис-
копаемого. Исходными материалами служат топографические пла-
ны с нанесенными изолиниями мощности вскрышных пород и по-
лезной мощности залежи.
Применительно к россыпям при подсчете запасов исполь-
зуют три способа: линейный, геометрических блоков и ближай-
шего района.
Линейный способ подсчета запасов наиболее распростра-
нен. В его основу положен подсчет линейных запасов, который
выполняют после оконтуривания россыпи в разрезе. При под-
счете запасов по одной линии границы геологического блока
проводят посредине между соседними линиями. Для определе-
ния запасов полусумма расстояний между соседними линиями
умножается на площадь блока.
При подсчете запасов способом геологических блоков окон-
туривается общая площадь россыпи или отдельные ее участки,
характеризующиеся однородным геологическим строением и при-
мерно одинаковой степенью разведанности. Запасы подсчитыва-
ют умножением площади блока на средние показатели, которые
учитывают данные по всем разведочным выработкам. Этот спо-
соб используется в основном на россыпях неправильной и лин-
зообразной формы, разведанных большим числом выработок.
Способ ближайшего района применяется очень редко. Суть
этого способа состоит в том, что вся площадь месторождения
разбивается на отдельные участки. На каждый участок распро-
страняются данные разведочной выработки, находящейся в его
центре.
52
3.4. Требования, предъявляемые к запасам
при проектировании открытых горных работ
3.4.1. Кондиции на минеральное сырье и их основные параметры
Общие положения
Кондиции на минеральное сырье представляют собой сово-
купность требований к качеству и количеству полезных иско-
паемых, горно-геологическим и иным условиям их разработки,
обеспечивающих наиболее полное комплексное и безопасное
использование недр на рациональной экономической основе с
учетом экологических последствий эксплуатации месторождения.
Кондиции разрабатываются и уточняются в процессе гео-
лого-экономической оценки месторождений по материалам их
разведки и эксплуатации на основе специального технико-эко-
номического обоснования (ТЭО) с учетом возможности исполь-
зования основных и совместно с ними залегающих полезных ис-
копаемых, а также содержащихся в них ценных компонентов.
Кондиции в соответствии с этапами изучения и освоения
месторождений разделяются на разведочные и эксплуатационные.
Разведочные кондиции разрабатываются по результатам раз-
личных стадий разведки и геолого-экономической оценки ме-
сторождений для оконтуривания и подсчета запасов полезных
ископаемых и определения их промышленной ценности.
Эксплуатационные кондиции разрабатываются в процессе от-
работки месторождения при необходимости уточнения гранич-
ных требований к качеству извлекаемого полезного ископаемо-
го и условиям его залегания применительно к конкретным час-
тям месторождения (этажам, подэтажам, эксплуатационным бло-
кам, панелям, выемочным участкам и др.), существенно отли-
чающимся по геологическим, горнотехническим, технико-эко-
номическим, технологическим и иным условиям отработки от
средних показателей, принятых при обосновании разведочных
кондиций, а также для обеспечения стабильной безубыточной
работы предприятия в период резкого изменения рыночной
конъюнктуры на минеральное сырье, продукты его переработ-
ки и цен на энергоресурсы.
53
Разведочные кондиции в соответствии с этапами разведки и
геолого-экономической оценки месторождений подразделяют-
ся, в свою очередь, на временные и постоянные.
Временные разведочные кондиции разрабатываются по ма-
териалам промежуточных стадий разведки месторождения и
используются для предварительной оценки его масштабов, эко-
номической значимости и обоснования целесообразности инве-
стирования на объекте дальнейших разведочных работ.
Постоянные разведочные кондиции разрабатываются по ма-
териалам завершенных геологоразведочных работ (детальная
разведка, доразведка) и имеют своей целью установление на
основе выполненного с достаточной степенью детальности тех-
нико-экономического обоснования масштабов и промышлен-
ной ценности месторождения для определения целесообразно-
сти и экономической эффективности его промышленного осво-
ения (разработки).
Параметры кондиций — предельные значения натуральных
показателей для подсчета запасов — должны иметь геологиче-
ское, горнотехническое, технологическое, экологическое и эко-
номическое обоснования.
Рекомендации по содержанию, оформлению и порядку пред-
ставления на государственную экспертизу технико-экономиче-
ских обоснований постоянных разведочных и эксплуатацион-
ных кондиций содержатся в документе «Временное руководст-
во по содержанию, оформлению и порядку представления на
государственную экспертизу ТЭО кондиций на минеральное
сырье».
Разведочные кондиции
Для подсчета запасов твердых полезных ископаемых, рапы
и озерных солей, а также гидроминерального сырья (здесь и
далее имеются в виду постоянные разведочные кондиции) раз-
рабатываются с учетом положений Классификации запасов ме-
сторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных иско-
паемых, Классификации эксплуатационных запасов и прогноз-
ных ресурсов подземных вод и других нормативных докумен-
тов, регламентирующих недропользование.
54
Технико-экономическое обоснование разведочных конди-
ций должно содержать в себе геологическое, горнотехническое,
технологическое, экологическое и экономическое обоснования, раз-
рабатываемые на необходимом уровне достоверности, обеспе-
чивающем условия для объективной оценки экономической зна-
чимости объекта и принятия обоснованного решения относи-
тельно целесообразности и эффективности капитальных вло-
жений в создание горного предприятия.
Запасы полезных ископаемых и заключенных в них компо-
нентов, используемые для расчета технико-экономических по-
казателей и параметров кондиций, в зависимости от группы
сложности месторождения включают в себя запасы категорий
А + В + Ci и запасы категории С 2 — частично или полностью.
Возможность использования запасов категории Сг или их части
для этих целей на месторождениях 1-й, 2-й и 3-й групп сложно-
сти определяется недропользователем, на месторождениях 4-й
группы запасы категорий С 2 используются полностью.
Для комплексных месторождений должна быть рассмотре-
на возможность использования как основных, так и совместно
с ними залегающих полезных ископаемых, а также содержа-
щихся в них компонентов. Кроме того, в расчетах, обосновы-
вающих параметры кондиций, оценивается и при положитель-
ных результатах учитывается возможность использования под-
земных вод, участвующих в обводнении месторождений, для хо-
зяйственно-питьевого водоснабжения или извлечения из них по-
лезных компонентов.
Разведочные кондиции для подсчета запасов вскрышных и
вмещающих основные полезные ископаемые пород, пригодных
для хозяйственного использования, разрабатываются и утвер-
ждаются одновременно с кондициями для подсчета запасов ос-
новных полезных ископаемых. Возможность использования
вскрышных и вмещающих пород, а значит, и параметры кон-
диций, должны определяться применительно к принятой тех-
нологии удаления вскрышных пород и добычи основных по-
лезных ископаемых.
Изучение вскрышных и вмещающих пород, извлекаемых или
намечаемых к извлечению при отработке основных полезных
55
ископаемых, и установление возможности их использования для
производства строительных материалов или в других целях вы-
полняются в соответствии с Требованиями к комплексному изу-
чению месторождений и подсчету запасов попутных полезных
ископаемых и компонентов (ГКЗ, 1982 г.) и Дополнительными
требованиями к изучению и порядку утверждения кондиций и
запасов минерального сырья, представленного отходами основ-
ного производства (ГКЗ, 1986 г.).
Для месторождений общераспространенных полезных ис-
копаемых и небольших по запасам месторождений россыпного
золота и платиноидов ТЭО разведочных кондиций для каждого
объекта может не разрабатываться. В этом случае подсчетные
параметры для оценки месторождений определяются согласно
требованиям ГОСТов, ОСТов, технических условий заказчика
или, для россыпных месторождений золота и платиноидов, на
основе так называемых районных кондиций, утвержденных в
установленном порядке.
При разработке кондиций для подсчета эксплуатационных запасов теп-
лоэнергетических и промышленных вод должны соблюдаться положения
Классификации эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных
вод (ГКЗ, 1997 г.).
Для обоснования кондиций принимаются запасы категорий А и В, удов-
летворяющие заявленную первоочередную потребность в воде для строитель-
ства новых или реконструкции действующих водозаборных сооружений и
предприятий, а также запасы категории Ci, предназначенные для опытно-
промышленной эксплуатации.
Эксплуатационные кондиции
Разрабатываются недропользователями в процессе отра-
ботки месторождения применительно к его конкретным геоло-
гически обособленным участкам, изолированным залежам, руд-
ным телам, в том числе дополнительно выявленным в процессе
доразведки и эксплуатации, с целью адаптации усредненных
параметров разведочных кондиций к конкретным геологиче-
ским, горнотехническим и экономическим особенностям их экс-
плуатации. Они базируются на основе более детального геоло-
гического изучения месторождения и экономического анализа
56
технического проекта вскрытия и отработки его конкретных
блоков, актуализированного применительно к сложившимся на
рынке ценам, тарифам, налоговым ставкам и др. Эксплуатаци-
онные кондиции могут обосновывать новые по сравнению с раз-
ведочными кондициями величины минимального промышлен-
ного и бортового содержания, а также другие параметры, от-
носимые к конкретным выемочным единицам или отдельным
участкам месторождения с целью обеспечения в период их от-
работки условий для получения предприятием минимально не-
обходимого уровня прибыли. Эксплуатационными кондиция-
ми может быть уточнен перечень попутных компонентов в за-
висимости от конкретной потребности.
Технико-экономическое обоснование эксплуатационных кон-
диций разрабатывается недропользователем, как правило, на
ограниченный срок, соответствующий запасам намеченных к
отработке в этот период технологически обособленных частей
тел полезных ископаемых (горизонтов, эксплуатационных бло-
ков, камер, уступов и т. д.). При этом должна обеспечиваться
сохранность запасов, временно не вовлекаемых в промышлен-
ное освоение.
Параметры эксплуатационных кондиций по сравнению с
разведочными могут быть дифференцированы с учетом уточ-
ненных в процессе доразведки и разработки месторождения дан-
ных о характере и условиях залегания полезного ископаемого
(морфологии залежей, их выемочной мощности, углов падения
рудных тел, крепости и устойчивости руд и пород, нарушенно-
сти массива горных пород, гидрогеологических условий и тех-
нологических свойств руд), существенно влияющих на уровень
эксплуатационных затрат при отработке того или иного участ-
ка месторождения.
Основные параметры кондиций
В разведочных кондициях для подсчета балансовых запа-
сов металлов и нерудного сырья обосновываются следующие
подсчетные параметры:
• минимальное промышленное содержание полезного ком-
понента (или приведенное к содержанию условного компонен-
57
та), при котором обеспечивается равенство извлекаемой ценно-
сти минерального сырья и полных затрат на получение товар-
ной продукции. Оно должно устанавливаться применительно к
подсчетному блоку;
• бортовое содержание полезного компонента (или условного
компонента) в пробе, устанавливаемое при отсутствии четких гео-
логических границ рудного тела для ограничения балансовых за-
пасов в пространстве (при оконтуривании их по мощности и ста-
тистическом подсчете запасов). Бортовое содержание устанавли-
вается на уровне, обеспечивающем максимальный экономический
эффект от использования оконтуриваемых запасов. Оно определя-
ется на основе повариантных технико-экономических расчетов.
Число вариантов бортового содержания и их «шаг» должны обес-
печивать выбор оптимальной величины этого параметра с тре-
буемой точностью его установления. Как правило, используется
не менее трех вариантов со значениями, большими и меньшими
по отношению к рекомендуемому.
В процессе разведки и разработки месторождения показа-
тели бортового и минимального промышленного содержания
могут периодически пересматриваться в зависимости от сле-
дующих ценовых, технологических и других факторов:
• условий оконтуривания рудных тел в геологических гра-
ницах; должны содержать описание критериев, по которым ус-
танавливаются геологические границы полезного ископаемого;
♦ минимального содержания полезного компонента (услов-
ного компонента) по пересечению рудного тела (полезного ис-
копаемого) выработкой для оконтуривания рудного тела (по-
лезного ископаемого) по простиранию и падению;
♦ коэффициентов для приведения в комплексных рудах со-
держаний полезных компонентов к содержанию условного ос-
новного компонента, минимальных содержаний компонентов,
учитываемых при таком приведении;
® максимально допустимого содержания вредных примесей в
подсчетном блоке, по пересечению, интервалу или в пробе;
• требования к выделению при подсчете запасов типов и
сортов полезного ископаемого, подлежащих раздельной выем-
ке, исходя из технологических свойств, определяющих различ-
ные способы переработки или различные области использова-
58
ния сырья; в необходимых случаях устанавливают минималь-
ный выход товарной продукции и основного сорта сырья;
• перечня попутных компонентов (раздельно по техноло-
гическим типам полезных ископаемых), по которым следует
подсчитать запасы, в случае необходимости — минимального
содержания этих компонентов по пересечению или подсчетно-
му блоку;
• минимального коэффициента рудоносности в подсчет-
ном блоке для месторождений с прерывистым или гнездовым
распределением полезных компонентов, когда кондиционные
руды по геологическим или горно-геологическим критериям не
могут быть оконтурены и подсчет запасов производится в кон-
турах рудоносной зоны (залежи, тела) статистически;
• минимальной мощности тел полезных ископаемых (пла-
стов, залежей, жил и т. д.) или соответствующего минимально-
го метропроцента (метрограмма), при необходимости — мини-
мальной мощности полезного ископаемого по типам, сортам
(маркам), условиям залегания, углам падения;
• максимально допустимой мощности прослоев пустых
пород или некондиционных руд, включаемых в подсчетный
контур запасов;
® минимальных запасов изолированных (обособленных) тел
полезных ископаемых;
® максимальной глубины подсчета запасов; для открытого
способа — предельных коэффициентов вскрыши или макси-
мально допустимого соотношения мощностей вскрышных по-
род и полезного ископаемого, требований, предъявляемых к
границам подсчета запасов в экономически обоснованных кон-
турах разработки;
® границ и основных параметров для подсчета запасов за
намеченным ТЭО контуром разработки;
® требований к физико-механическим и другим свойствам
(для отдельных видов минерального сырья), регламентируемых
действующими стандартами, техническими условиями или обу-
словленных результатами технологических испытаний;
• требований к горнотехническим условиям отработки, ка-
честву сырья, технологическим свойствам для подсчета балан-
59
совых запасов совместно залегающих полезных ископаемых (пе-
рекрывающих, подстилающих или вмещающих пород), доступ-
ных для отработки.
Кондиции для подсчета забалансовых запасов устанавли-
ваются для разведанных запасов, использование которых в на-
стоящее время экономически нецелесообразно или технически
и технологически невозможно, но которые могут быть в даль-
нейшем переведены в балансовые. Эти запасы подсчитываются
с подразделением по причинам их отнесения к забалансовым
(экономическим, технологическим, гидрогеологическим, горно-
техническим и экологическим). В ТЭО кондиций должна быть
доказана возможность их сохранности в недрах для последую-
щего извлечения или целесообразность попутного извлечения,
отдельного складирования и сохранения для использования в
будущем. Перечень параметров кондиций для подсчета заба-
лансовых запасов аналогичен перечню, используемому для ба-
лансовых (исключая минимальное промышленное содержание).
В ТЭО разведочных кондиций рассматривается и обосно-
вывается целесообразность подсчета и учета запасов, заклю-
ченных в охранных целиках крупных водоемов и водотоков,
населенных пунктов, капитальных сооружений и сельскохозяй-
ственных объектов, заповедников, памятников природы, исто-
рии и культуры. Для решения вопроса об их отнесении к балан-
совым или забалансовым выполняются специальные технико-
экономические расчеты, в которых учитываются затраты на пе-
ренос сооружений или специальные способы отработки запа-
сов. На месторождениях общераспространенных полезных ис-
копаемых запасы в таких охранных целиках, как правило, не
подсчитываются, обоснование необходимости их подсчета вы-
полняется лишь при крайнем дефиците данного полезного ис-
копаемого в экономическом районе, где находится месторож-
дение.
В эксплуатационных кондициях в качестве основных пара-
метров могут устанавливаться:
• предельно допустимое качество запасов на контуре вы-
емочного участка. Этот параметр является аналогом бортового
содержания и в зависимости от конкретных горно-геологиче-
ских, технологических и прочих параметров оцениваемого вы-
60
емочного участка может быть большим или меньшим величи-
ны, установленной разведочными кондициями;
• предельно допустимое качество запасов в целом по экс-
плуатационному блоку или его части, которая может быть раз-
дельно добыта, — аналог минимального промышленного со-
держания в блоке, рассчитывается по предстоящим затратам.
Оно соответствует содержанию полезного компонента, при ко-
тором извлекаемая ценность минерального сырья обеспечивает
возмещение предстоящих эксплуатационных затрат и получе-
ние минимально необходимой прибыли предприятия;
• минимальные запасы обособленного тела полезного ис-
копаемого (с учетом качества минерального сырья, его извле-
каемой стоимости), целесообразные к отработке, исходя из
окупаемости предстоящих затрат;
• максимальная длина безрудного участка залежи, вклю-
чаемая в выемочный контур;
• углы падения пласта (залежи) и т. д.
3.4.2. Классификация запасов месторождений
и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых
Проектирование разработки месторождений допускается
только при наличии отчета о геологоразведочных работах и
протокола Государственной комиссии по запасам полезных ис-
копаемых Министерства природных ресурсов Российской Феде-
рации (ГКЗ). Утверждение постоянных кондиций на минераль-
ное сырье и запасов твердых полезных ископаемых для пред-
приятий местного подчинения, а также общераспространенных
полезных ископаемых (кроме месторождений камня для пред-
приятий производственной мощностью более 400 тыс. м3 в год)
осуществляется территориальными комиссиями по запасам по-
лезных ископаемых.
Общие положения
Государственному учету подлежат выявленные и экономи-
чески оцененные запасы полезных ископаемых, количество и
качество которых, хозяйственное значение, горнотехнические,
гидрогеологические, экологические и другие условия добычи
подтверждены государственной экспертизой.
61
Запасы подсчитываются и учитываются, а прогнозные ре-
сурсы оцениваются всеми недропользователями по каждому ви-
ду твердых полезных ископаемых и направлениям их возмож-
ного промышленного использования.
Запасы подсчитываются по месторождениям (участкам) на
основании результатов геологоразведочных и эксплуатацион-
ных работ, выполненных в процессе их изучения и промыш-
ленного освоения.
Прогнозные ресурсы оцениваются в целом по бассейнам,
рудным районам, узлам, полям, рудопроявлениям, флангам и
глубоким горизонтам месторождений, исходя из благоприят-
ных геологических предпосылок и обоснованной аналогии с из-
вестными месторождениями, а также по результатам геолого-
съемочных, геофизических и геохимических работ.
Запасы полезных ископаемых подсчитываются в недрах в
соответствии с экономически обоснованными параметрами кон-
диций, подтвержденными государственной экспертизой, без вве-
дения поправок на потери и разубоживание при добыче, обо-
гащении и переработке концентратов.
В комплексных месторождениях подлежат обязательному
подсчету и учету запасы основных и совместно с ними зале-
гающих полезных ископаемых, а также содержащихся в них ос-
новных и попутных полезных компонентов (металлов, минера-
лов, химических элементов и их соединений), целесообразность
промышленного использования которых определена конди-
циями для подсчета запасов. При этом запасы попутных ком-
понентов, накапливающихся при обогащении в товарных кон-
центратах или продуктах металлургического передела, подсчи-
тываются и учитываются как в недрах, так и в извлекаемых
вышеназванных продуктах.
Качество полезных ископаемых изучается с учетом необхо-
димости их комплексного использования, технологии перера-
ботки, требований государственных и отраслевых стандартов и
технических условий. Одновременно с этим определяются со-
держания попутных ценных, токсичных и вредных компонен-
тов, формы их нахождения и особенности распределения в про-
дуктах обогащения и заводского передела.
62
Раздельному государственному учету подлежат запасы по-
лезных ископаемых разрабатываемых, вводимых в эксплуата-
цию, намечаемых к разработке и разведываемых месторожде-
ний и запасы резервных разведанных и резервных оцененных
месторождений.
Группы месторождений (участков) по сложности
геологического строения
Необходимая и достаточная степень разведанности запасов
твердых полезных ископаемых определяется в зависимости от
сложности геологического строения месторождений, которые
подразделяются по данному признаку на следующие группы.
1-я группа. Месторождения (участки) простого геологиче-
ского строения с крупными и весьма крупными, реже средними
по размерам телами полезных ископаемых с ненарушенным
или слабонарушенным залеганием, характеризующимися ус-
тойчивыми мощностью и внутренним строением, выдержан-
ным качеством полезного ископаемого, равномерным распре-
делением основных ценных компонентов.
Особенности строения месторождений (участков) определя-
ют возможность выявления в процессе разведки запасов кате-
горий А, В, Ci и С2.
2-я группа. Месторождения (участки) сложного геологиче-
ского строения с крупными и средними по размерам телами с
нарушенным залеганием, характеризующимися неустойчивыми
мощностью и внутренним строением, либо невыдержанным ка-
чеством полезного ископаемого и неравномерным распределе-
нием основных ценных компонентов. Ко второй группе отно-
сятся также месторождения углей, ископаемых солей и других
полезных ископаемых простого геологического строения, но со
сложными или очень сложными горно-геологическими усло-
виями разработки.
Особенности строения месторождений (участков) опреде-
ляют возможность выявления в процессе разведки запасов ка-
тегорий В, Ci и Сг.
3-я группа. Месторождения (участки) очень сложного гео-
логического строения со средними и мелкими по размерам те-
лами полезных ископаемых с интенсивно нарушенным залега-
63
нием, характеризующимися очень изменчивыми мощностью и
внутренним строением либо значительно невыдержанным ка-
чеством полезного ископаемого и очень неравномерным рас-
пределением основных ценных компонентов.
Запасы месторождений этой группы разведываются пре-
имущественно по категориям Ci и С2.
4-я группа. Месторождения (участки) с мелкими, реже сред-
ними по размерам телами с чрезвычайно нарушенным залега-
нием либо характеризующиеся резкой изменчивостью мощно-
сти и внутреннего строения, крайне неравномерным качеством
полезного ископаемого и прерывистым гнездовым распределе-
нием основных ценных компонентов. Запасы месторождений
этой группы разведываются преимущественно по категории Сг.
При отнесении месторождений к той или иной группе мо-
гут использоваться количественные показатели оценки измен-
чивости основных свойств оруденения, характерные для каж-
дого конкретного вида полезного ископаемого.
Группы месторождений по степени их изученности
Месторождения полезных ископаемых по степени их изу-
ченности подразделяются на разведанные и оцененные.
К разведанным относятся месторождения, запасы которых,
их качество, технологические свойства, гидрогеологические и
горнотехнические условия разработки изучены по скважинам и
горным выработкам с полнотой, достаточной для технико-
экономического обоснования решения о порядке и условиях их
вовлечения в промышленное освоение, а также о проектирова-
нии строительства или реконструкции на их базе горнодобы-
вающего предприятия.
Разведанные месторождения по степени изученности долж-
ны удовлетворять следующим требованиям:
• обеспечивается возможность квалификации запасов по ка-
тегориям, соответствующим группе сложности геологического
строения месторождения;
• вещественный состав и технологические свойства про-
мышленных типов и сортов полезного ископаемого изучены с
детальностью, обеспечивающей получение исходных данных,
64
достаточных для проектирования рациональной технологии их
переработки с комплексным извлечением полезных компонен-
тов, имеющих промышленное значение, и определения направ-
ления использования отходов производства или оптимального
варианта их складирования или захоронения;
• запасы других совместно залегающих полезных ископае-
мых, включая породы вскрыши и подземные воды, с содержа-
щимися в них компонентами, отнесенные на основании конди-
ций к балансовым, изучены и оценены в степени, достаточной
для определения их количества и возможных направлений ис-
пользования;
• гидрогеологические, инженерно-геологические, геокрио-
логические, горно-геологические и другие природные условия
изучены с детальностью, обеспечивающей получение исходных
данных, необходимых для составления проекта разработки ме-
сторождения с учетом требований природоохранительного за-
конодательства и безопасности горных работ;
« достоверность данных о геологическом строении, усло-
виях залегания и морфологии тел полезного ископаемого, каче-
стве и количестве запасов подтверждены на представительных
для всего месторождения участках детализации, размер и по-
ложение которых определяются недропользователями в каж-
дом конкретном случае в зависимости от геологических осо-
бенностей полезного ископаемого;
• подсчетные параметры кондиций установлены на осно-
вании технико-экономических расчетов, позволяющих опреде-
лить масштабы и промышленную значимость месторождения с
необходимой степенью достоверности;
• рассмотрено возможное влияние разработки месторож-
дения на окружающую среду и даны рекомендации по предот-
вращению или снижению прогнозируемого уровня отрицатель-
ных экологических последствий.
К оцененным относятся месторождения, запасы которых, их
качество, технологические свойства, гидрогеологические и горно-
технические условия разработки изучены в степени, позволяю-
щей обосновать целесообразность дальнейшей разведки и раз-
работки.
65
Оцененные месторождения по степени изученности должны
удовлетворять следующим требованиям:
• обеспечивается возможность квалификации всех или
большей части запасов по категории Сг;
• вещественный состав и технологические свойства полез-
ного ископаемого оценены с полнотой, необходимой для вы-
бора принципиальной технологической схемы переработки, обе-
спечивающей рациональное и комплексное использование по-
лезного ископаемого;
• гидрогеологические, инженерно-геологические, геокрио-
логические, горно-геологические и другие природные условия
изучены с полнотой, позволяющей предварительно охаракте-
ризовать их основные показатели;
• достоверность данных о геологическом строении, усло-
виях залегания и морфологии тел полезного ископаемого под-
тверждены на участках детализации;
® подсчетные параметры кондиций установлены на осно-
вании укрупненных технико-экономических расчетов или при-
няты по аналогии с месторождениями, находящимися в сход-
ных географических и горно-геологических условиях;
• рассмотрено и оценено возможное влияние отработки
месторождения на окружающую среду.
Рациональное соотношение запасов различных категорий в
разведанных и оцененных месторождениях определяется не-
дропользователем, исходя из конкретных геологических осо-
бенностей месторождения, условий финансирования и строи-
тельства горнодобывающего предприятия.
Категории запасов и прогнозных ресурсов
твердых полезных ископаемых
Запасы твердых полезных ископаемых по степени разве-
данности подразделяются на категории А, В, Ci и Сг. Прогноз-
ные ресурсы по степени их обоснованности подразделяются на
категории Pi, Рг и Рз.
Запасы категории А выделяются на участках детализации
разведываемых месторождений 1-й группы сложности и долж-
ны удовлетворять следующим основным требованиям:
• установлены размеры, форма и условия залегания тел
полезного ископаемого, изучены характер и закономерности
66
изменчивости их морфологии и внутреннего строения, выделе-
ны и оконтурены безрудные и некондиционные участки внутри
тел полезного ископаемого, при наличии разрывных наруше-
ний установлены их положение и амплитуда смещения;
• определены природные разновидности, выделены и окон-
турены промышленные (технологические) типы и сорта полез-
ного ископаемого, установлены их состав и свойства; качество
выделенных промышленных (технологических) типов и сортов
полезного ископаемого охарактеризовано по всем предусмот-
ренным промышленностью параметрам;
• изучены распределение и формы нахождения в минера-
лах и продуктах переделов полезного ископаемого ценных и
вредных компонентов;
• контур запасов полезного ископаемого определен в соот-
ветствии с требованиями кондиций по скважинам и горным
выработкам по результатам их детального опробования.
Запасы категории В выделяются на участках детализации
разведываемых месторождений 1-й и 2-й групп и должны удов-
летворять следующим основным требованиям:
• установлены размеры, основные особенности и изменчи-
вость формы и внутреннего строения, условия залегания тел по-
лезного ископаемого, пространственное размещение внутренних
безрудных и некондиционных участков; при наличии крупных
разрывных нарушений установлены их положение и амплитуды
смещения, охарактеризована возможная степень развития мало-
амплитудных нарушений;
• определены природные разновидности, выделены и при
возможности оконтурены промышленные (технологические)
типы полезного ископаемого; при невозможности оконтурива-
ния установлены закономерности пространственного распре-
деления и количественного соотношения промышленных (техно-
логических) типов и сортов полезного ископаемого; качество
выделенных промышленных (технологических) типов и сортов
полезного ископаемого охарактеризовано по всем предусмот-
ренным кондициями параметрам;
• определены минеральные формы нахождения полезных и
вредных компонентов;
67
• контур запасов полезного ископаемого определен в соот-
ветствии с требованиями кондиций по результатам опробова-
ния скважин и горных выработок с включением в него ограни-
ченной зоны экстраполяции, обоснованной геологическими кри-
териями, данными геофизических и геохимических исследований.
Запасы категории Cj составляют основную часть запасов
разведываемых месторождений 1-й, 2-й и 3-й групп, а также
выделяются на участках детализации месторождений 4-й груп-
пы сложности и должны удовлетворять следующим основным
требованиям:
• выяснены размеры и характерные формы тел полезного
ископаемого, основные особенности условий их залегания и вну-
треннего строения, оценены изменчивость и возможная преры-
вистость тел полезного ископаемого, а для пластовых место-
рождений и месторождений строительного и облицовочного кам-
ня также наличие площадей развития малоамплитудных текто-
нических нарушений;
• определены природные разновидности и промышленные
(технологические) типы полезного ископаемого, установлены
общие закономерности их пространственного распространения
и количественные соотношения промышленных (технологиче-
ских) типов и сортов полезного ископаемого, минеральные фор-
мы нахождения полезных и вредных компонентов; качество
выделенных промышленных (технологических) типов и сортов
охарактеризовано по всем предусмотренным кондициями па-
раметрам;
• контур запасов полезного ископаемого определен в соот-
ветствии с требованиями кондиций по результатам опробова-
ния скважин и горных выработок, с учетом данных геофизиче-
ских и геохимических исследований и геологически обоснован-
ной экстраполяции.
Запасы категории С2 выделяются при разведке месторожде-
ний всех групп сложности, а на месторождениях 4-й группы со-
ставляют основную часть запасов и должны удовлетворять сле-
дующим требованиям:
• размеры, форма, внутреннее строение тел полезного ис-
копаемого и условия их залегания оценены по геологическим и
геофизическим данным и подтверждены вскрытием полезного
68
ископаемого ограниченным числом скважин и горных вырабо-
ток;
• контур запасов полезного ископаемого определен в соот-
ветствии с требованиями кондиций на основании опробования
ограниченного числа скважин, горных выработок, естествен-
ных обнажений или по их совокупности, с учетом данных гео-
физических и геохимических исследований и геологических по-
строений, а также путем геологически обоснованной экстрапо-
ляции параметров, определенных при подсчете запасов более
высоких категорий.
Запасы комплексных руд и содержащихся в них основных
компонентов подсчитываются по одним и тем же категориям.
Запасы попутных компонентов, имеющих промышленное зна-
чение, подсчитываются в контурах подсчета запасов основных
компонентов и оцениваются по категориям в соответствии со
степенью их изученности, характером распределения и форма-
ми нахождения.
На разрабатываемых месторождениях вскрытые, подготов-
ленные и готовые к выемке, а также находящиеся в охранных
целиках горнокапитальных и горноподготовительных вырабо-
ток запасы полезных ископаемых подсчитываются отдельно с
подразделением по группам и категориям в соответствии со
степенью их геологической изученности.
При разделении запасов полезных ископаемых по катего-
риям в качестве дополнительного классификационного показа-
теля могут использоваться количественные и вероятностные
оценки точности и достоверности определения основных под-
счетных параметров.
Прогнозные ресурсы категории Pj учитывают возможность
выявления новых рудных тел полезного ископаемого на рудо-
проявлениях, разведанных и разведываемых месторождениях.
Для количественной оценки ресурсов этой категории исполь-
зуются геологически обоснованные представления о размерах и
условиях залегания известных тел.
Оценка ресурсов основывается на результатах геологиче-
ских, геофизических и геохимических исследований площадей
возможного нахождения полезного ископаемого, а также на
материалах одиночных структурных и поисковых скважин и
69
геологической экстраполяции структурных, литологических, стра-
тиграфических и других особенностей, установленных на более
изученной части месторождения и определяющих площади и
глубину распространения полезного ископаемого, представля-
ющего промышленный интерес.
Прогнозные ресурсы категории Р2 учитывают возможность
обнаружения в бассейне, рудном районе, узле, поле новых ме-
сторождений полезных ископаемых, предполагаемое наличие
которых основывается на положительной оценке выявленных
при крупномасштабной геологической съемке и поисковых ра-
ботах проявлений полезного ископаемого, а также геофизиче-
ских и геохимических аномалий, природа и возможная перспек-
тивность которых установлены единичными выработками. Ко-
личественная оценка ресурсов, представления о размерах пред-
полагаемых месторождений, минеральном составе и качестве
руд основываются на аналогиях с известными месторождения-
ми того же формационного (генетического) типа. Прогнозные
ресурсы оцениваются до глубин, доступных для эксплуатации
при современном и возможном в ближайшей перспективе уров-
не техники и технологии разработки месторождений. Возмож-
ное изменение параметров кондиций по сравнению с аналогич-
ными месторождениями должно иметь соответствующее обос-
нование.
Прогнозные ресурсы категории Р3 учитывают лишь потен-
циальную возможность открытия месторождений того или ино-
го вида полезного ископаемого на основании благоприятных
магматических, стратиграфических, литологических, тектониче-
ских и палеогеографических предпосылок, выявленных в оце-
ниваемом районе при средне- и мелкомасштабном региональ-
ном геологическом изучении недр, дешифрировании космиче-
ских снимков, а также при анализе результатов геофизических
и геохимических исследований. Количественная оценка ресур-
сов этой категории производится без привязки к конкретным
объектам по предположительным параметрам на основе анало-
гии с более изученными районами, площадями, бассейнами, где
имеются разведанные месторождения того же генетического
типа.
70
Количественная оценка прогнозных ресурсов производится
комплексно. При этом используются существующие на момент
оценки требования к качеству и технологическим свойствам
полезных ископаемых аналогичных месторождений с учетом
возможных изменений этих требований в ближайшей перспек-
тиве.
Группы запасов твердых полезных ископаемых
по их экономическому значению
Запасы твердых полезных ископаемых 3 и содержащихся в
них полезных компонентов по их экономическому значению
подразделяются на две основные группы, подлежащие раздель-
ному подсчету и учету: балансовые (экономические Зб) и заба-
лансовые (потенциально экономические З3).
3 = 3б + 3з. (3.17)
К балансовым (экономическим) запасам относятся:
а) запасы, извлечение которых на момент оценки согласно
технико-экономическим расчетам экономически выгодно в ус-
ловиях конкурентного рынка при использовании техники и
технологии добычи и переработки сырья, обеспечивающих со-
блюдение требований по рациональному использованию недр
и охране окружающей среды;
б) запасы, извлечение Которых на момент оценки согласно
технико-экономическим расчетам не обеспечивает экономиче-
ски приемлемую эффективность их разработки в условиях кон-
курентного рынка из-за низких технико-экономических показа-
телей, но освоение которых становится экономически возмож-
ным при осуществлении со стороны государства специальной
поддержки недропользователя в виде налоговых льгот, субси-
дии и т. п. (гранично-экономические или пограничные запасы);
К забалансовым (потенциально экономическим) запасам от-
носятся:
а) запасы, отвечающие требованиям, предъявляемым к ба-
лансовым запасам, но использование которых на момент оцен-
ки невозможно по горнотехническим, правовым, экологиче-
ским и другим обстоятельствам;
б) запасы, извлечение которых на момент оценки согласно
технико-экономическим расчетам экономически нецелесооб-
71
разно вследствие низкого содержания полезного компонента,
малой мощности тел полезного ископаемого или особой слож-
ности условий их разработки или переработки, но использова-
ние которых в ближайшем будущем может стать экономически
выгодным в результате повышения цен на минерально-сырьевые
ресурсы или при техническом прогрессе, обеспечивающем сни-
жение издержек производства.
Забалансовые запасы подсчитываются и учитываются в слу-
чае, если технико-экономическими расчетами установлена воз-
можность их сохранения в недрах для последующего извлече-
ния или целесообразность попутного извлечения, складирова-
ния и сохранения для использования в будущем.
При подсчете забалансовых запасов производится их под-
разделение в зависимости от причин отнесения к забалансовым
(экономических, технологических, горнотехнических, экологи-
ческих и т. п.).
Оценка балансовой принадлежности запасов полезных ис-
копаемых производится на основании специальных технико-
экономических обоснований, подтвержденных государственной
экспертизой. В этих обоснованиях должны быть предусмотре-
ны наиболее эффективные способы разработки месторождений,
дана их стоимостная оценка и предложены параметры конди-
ций, обеспечивающие максимально полное и комплексное ис-
пользование запасов с учетом требований природоохранитель-
ного законодательства.
Запасы твердых полезных ископаемых, заключенные в ох-
ранных целиках крупных водоемов и водостоков, населенных
пунктов капитальных сооружений и сельскохозяйственных объ-
ектов, заповедников, памятников природы, истории и культу-
ры, относятся к балансовым или забалансовым на основании
специальных технико-экономических расчетов, в которых учи-
тываются затраты на перенос сооружений или специальные спо-
собы отработки запасов.
При проектировании необходимо выявить промышленные
запасы, т, е. ту часть балансовых запасов, которая при данном
способе разработки может быть практически извлечена из
недр. Объем промышленных запасов:
72
(3.18)
Зп - Зб + 3' - Зб. г - Зб. ц,
где З'3 — часть забалансовых запасов, которая должна быть
включена в промышленные по условиям применяемого способа
разработки; Зб. г — часть балансовых запасов, оставляемая при
эксплуатации месторождения в различного рода целиках (под
дорогами, линиями электропередачи, промышленными объек-
тами и др.).
Конечной величиной, характеризующей объем реализуемой
продукции (переработки горной массы), являются так назы-
ваемые эксплуатационные запасы:
3.-ЧЦЯ (3.1,>
где П и Р — соответственно потери и разубоживание при экс-
плуатации, доли ед.
В отличие от других месторождений твердых полезных ис-
копаемых россыпи не имеют четко выраженных границ между
песками и вмещающими породами. Общей тенденцией является
постепенное убывание содержания полезных компонентов от
центра к границам месторождения до полного их исчезновения.
Поэтому границы россыпи при подсчете запасов устанавлива-
ют по бортовому содержанию. Предельное значение этого со-
держания определяют технико-экономическим расчетом вари-
антов. При этом оптимальным считается такое бортовое содер-
жание, при котором затраты на получение единицы полезного
компонента из промышленных по мощности пласта запасов не
превышают цены, установленной для расчета кондиций.
Прогнозные ресурсы твердых полезных ископаемых оцени-
ваются до глубин, доступных для эксплуатации при современ-
ном или возможном в ближайшей перспективе технико-эконо-
мическом уровне разработки месторождений с учетом особен-
ностей качества и технологических свойств данного вида мине-
рального сырья. Возможные изменения параметров кондиции
по аналогичным известным месторождениям использованных
при количественной оценке прогнозных ресурсов должны иметь
соответствующее обоснование.
Соотношение различных категорий утвержденных в уста-
новленном порядке балансовых запасов полезных ископаемых
73
Таблица 3.1
Балансовые запасы полезных ископаемых
Категория запасов Соотношение запасов, %
Металлы и нерудные полезные ископаемые Угли и горючие сланцы
Группа
1-я 2-я 3-я 4-я 1-я 2-я 3-я
А + В 30* 20 — 50** 50 —
Ci 70 80 80 50 50 50 100
С2 — ——• 20 50 —— —
*В том числе не менее 10 % запасов категории А.
**В том числе не менее 20 % запасов категории А.
(основных компонентов в комплексных рудах), используемых
при проектировании горнодобывающих предприятий, приведе-
но в табл. 3.1.
При подсчете запасов на стадии проектирования пользуют-
ся следующими материалами: геологическим очерком, геоло-
гическим описанием месторождения, геологической картой ме-
сторождения и отдельных его участков.
Глава 4
МЕТОДИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
4.1. Методы проектирования
Проектирование гидромеханизированного предприятия яв-
ляется творческим процессом, состоящим из решений различных
технических, экономических и технико-экономических задач.
Наиболее сложными являются технико-экономические за-
дачи, отличительной особенностью которых является множест-
венность возможных решений. Все они отвечают техническим
или технологическим гребованиям заданных условий, но раз-
личаются по экономическим результатам. В связи с этим воз-
никает необходимость подвергнуть экономической оценке ре-
зультаты возможных решений и принять такое решение, кото-
рое в наибольшей степени отвечает заданным экономическим
условиям, т. е. является оптимальным для данных условий.
Решение задач, возникающих при проектировании, обеспечи-
вается комплексом апробированных на практике методов. В зави-
симости от источников получения необходимой информации ме-
тоды проектирования можно разделить на следующие группы: ис-
пользующие систему данных только проектируемого предприятия
— I группа, других (другого) объектов —- II группа и отраслевую
(межотраслевую) информацию—Ш группа (рис. 4.1).
Методы проектирования на основе информации групп I, II
Методы проектирования рассматриваемых групп основаны
на более полном и точном учете информации проектируемого и
сравниваемого с ним предприятия.
Первоначальная оценка поступающей в распоряжение про-
ектировщика геологической информации о месторождении по-
лезного ископаемого — возможной сырьевой базы будущего гор-
ного предприятия — начинается с логических инженерных ре-
шений, в результате которых приближенно (оценочно) устанав-
ливаются масштаб и технологические особенности производст-
ва. Когда возникает необходимость решения вопросов на более
детальном уровне проектирования, этот метод может быть при-
75
Рис. 4.1. Методы, используемые при проектировании горного предприятия
менен для формирования вариантов, исследование которых про-
водится уже другими, более точными методами и приемами. Кро-
ме того, метод логических рассуждений используют для выбора
наиболее подходящего метода исследования сложных вопросов.
Метод решения по аналогии с известными уже предприяти-
ями может быть использован для определения технико-эконо-
мических показателей данного рудника.
Сущность этого метода заключается в том, что технико-
экономические показатели изучаемого месторождения условно
принимаются аналогичными соответствующим показателям ме-
сторождения, проект разработки которого уже имеется. Этот ме-
тод применяется в тех случаях, когда нет достаточного количест-
ва исходных данных или нет времени для детального их изуче-
ния. Другими словами, его применяют для быстрой оценки ме-
сторождения на стадиях, если из-за небольшой достоверности
исходных данных не может быть обеспечена большая точность.
Метод аналогии широко применяется при сравнении пока-
зателей вновь разработанного проекта с соответствующими по-
казателями ранее составленного и апробированного (утверж-
денного) проекта. На практике нередко имеют место случаи,
когда в задании на разработку проекта в качестве аналога ука-
зывается известный проект другого горнодобывающего пред-
приятия с идентичными или близкими условиями строительст-
ва и эксплуатации. Это делается для того, чтобы можно было
судить об уровне прогрессивности решений данного проекта по
сравнению с аналогом.
Поскольку природные условия объектов весьма разнооб-
разны и не бывает совершенно одинаковых месторождений,
при использовании показателей проекта-аналога наиболее от-
ветственным этапом является приведение их в сопоставимый
вид. Это возможно при хорошем знании обоих проектов (вновь
разрабатываемого и аналога) и известных закономерностей или
зависимостей технико-экономических показателей от произ-
водственной мощности предприятия, гранулометрического со-
става горной массы, физико-механических свойств пород, об-
водненности месторождения и т. д.
Для изучения отдельных производственных процессов с вне-
дрением нового оборудования и режима гидротранспорта и си-
стемы гидроотвалообразования проводят лабораторные иссле-
дования, промышленные и полупромышленные испытания. В не-
77
которых случаях эти методы используют для уточнения имею-
щихся данных или получения дополнительной информации.
Внедрение рекомендаций научных исследований. Научные иссле-
дования могут охватывать вопросы проектирования одного пред-
приятия или их группы по различным проблемам (пульпообра-
зование, рыхление, намыв, вскрытие и системы разработки). На-
учные исследования, с нашей точки зрения, должны быть направ-
лены на решение тех вопросов, которые не могут быть изучены
проектировщиками из-за ограниченности времени и средств.
Метод промышленного экспериментирования. Применяется
для уточнения неизученных вопросов технологии ведения гор-
ных работ, конструктивных, объемно-планировочных и других
решений с целью установления технической возможности и эко-
номической целесообразности осуществления мероприятий, не
имеющих себе аналогов ни в отечественной, ни в мировой прак-
тике. Например, для уточнения особенностей ведения намыв-
ных работ обустройства нефтяных месторождений в условиях
Западной Сибири с использованием самоходных сгустителей-
грунтоукладчиков (СГУ) был создан опытный участок.
Опыт, приобретенный в период эксплуатации опытного уча-
стка намыва технического сооружения, позволил ОАО ФПК «Гид-
ромехстрой» принять решение об изготовлении целого ряда СГУ.
Иногда эксперимент ставится в промышленных масштабах,
когда нет времени на отработку новой техники и технологии в
лабораторных или полупромышленных условиях. В этих слу-
чаях идут на определенный риск. Как правило, если этот риск
подкреплен инженерным расчетом, он оправдан.
Аналитический и графоаналитический методы. Основу ана-
литического метода в горном деле составляет теоретическая
предпосылка о наличии функциональной связи между искомым
параметром и определяющими его факторами, выраженная в
виде формулы (аналитического выражения).
Ввиду сложности изучаемых явлений при строительстве
горных предприятий аналитический метод решения задач приме-
няют: во-первых, когда число действующих и качественно опреде-
ленных факторов ограничено, а влиянием неучтенных факторов
можно пренебречь, доказав их несущественность; во-вторых, ко-
гда между искомой величиной и известными параметрами может
быть установлена функциональная зависимость, выраженная фор-
мулой у = /(х), причем f(x) — функция непрерывная. Имея дело со
стоимостными параметрами, решение задач чаще всего сводится к
определению максимума или минимума функции.
78
Аналитический метод при проектировании гидромехани-
зированного горного предприятия применяют при расчете ско-
рости движения гидросмеси в трубопроводах, обосновании вы-
бора технологических параметров горных выемок, продолжи-
тельности строительства объекта и т. д.
Графоаналитический метод представляет сочетание прие-
мов получения из графических данных информации для проек-
тирования с аналитическими методами их трактовки. Этот ме-
тод наиболее часто используется при установлении режима до-
бычных и вскрышных работ на карьере.
Методы моделирования. При проектировании процессов гид-
ромеханизации используют, как правило, натурное и математи-
ческое моделирование. Натурное моделирование, или макетный
метод проектирования, состоит в построении модели (макета)
объекта проектирования в уменьшенном виде. Применение этого
метода, несмотря на его большую стоимость, целесообразно, так
как он позволяет сократить или совсем избежать грубых ошибок и
уменьшить сроки проектирования.
Теория вероятностей и математическая статистика. С по-
мощью этих методов устанавливают определенные закономерно-
сти и устойчивые признаки при характеристике качества полезно-
го ископаемого, технологии, механизации и экономики горных ра-
бот, на основании чего получают их функциональные уравнения.
Этот метод применяют при использовании как информации про-
ектируемого предприятия (обработка данных), так и данных по
группе других предприятий с аналогичными признаками (напри-
мер, при определении удельных экономических показателей в за-
висимости от производственной мощности предприятий).
Технико-экономическое сравнение конкурирующих вариантов. В
поисках наилучшего проектного решения исследуется несколько
возможных (конкурентоспособных) вариантов. При этом необхо-
димо, чтобы условия, в которых эти варианты рассматриваются,
были сопоставимы (одинаковы). В относительно несложных слу-
чаях сравнение вариантов и выбор наилучшего из них осуществ-
ляются по техническим факторам, без расчета экономических по-
казателей. В более сложных условиях варианты сравнивают не
только по техническим, но и по экономическим показателям, для
чего, как правило, требуется больше затрат времени и труда, что
ограничивает число рассматриваемых вариантов (не более 3-х).
Несмотря на большую трудоемкость, метод вариантов яв-
ляется наиболее распространенным и надежным методом про-
79
актирования. При использовании этого метода задача сводится
к правильной формулировке вариантов, позволяющих выявить
существенные преимущества и недостатки этих вариантов по
сравнению с другими и ограничить их число.
Обычно в практике горного проектирования метод вари-
антов используется при выборе способа разработки месторож-
дения, определении оптимальной производственной мощности
предприятия, очередности (порядка) отработки месторождения
и рациональной технологической схемы производства горных
работ. При этом не исключено, что наилучший вариант не был
включен в число сравниваемых вариантов.
Методы проектирования на основе отраслевой информации
Отраслевая информация позволяет получать представление
о всех и каждом предприятии рассматриваемой отрасли, выяв-
лять определенные закономерности развития производства и на
их основе создавать директивные материалы и научно обосно-
ванные нормативы, направленные на улучшение проектного де-
ла, унификацию и типизацию проектных решений.
Часто проектирование оторвано (опережает) по времени от
реализации своих решений на несколько лет (иногда этот раз-
рыв достигает 10—15 лет). Естественно, что при таком положе-
нии недостаточно ориентироваться на современный техниче-
ский уровень. Желательно, основываясь на достигнутом уров-
не, прогнозировать дальнейшее развитие производства с уче-
том совершенствования технических и организационных реше-
ний и их экономической эффективности.
Проектировщики должны учитывать поступательное дви-
жение производства в своих проектах. На основе прогноза раз-
вития науки, техники и технологии они разрабатывают кон-
кретные рекомендации по вероятным направлениям техниче-
ского прогресса, которые позволят использовать в проектах
наиболее передовые решения.
Обобщение передового опыта основывается на широком ис-
пользовании логических приемов — сравнения, анализа и син-
теза данных предприятий одной или нескольких отраслей с ана-
логичным производством. Например, опыт работы предприя-
тий ОАО ФПК «Гидро мех строй» по внедрению микроэкономи-
ческих методов управления производством и применение на объ-
ектах ЗАО «Компания «Трансгидромеханизация» спутниковых
геодезических приборов для предпроектных изысканий, размет-
80
ки на строительной площадке и привязки объекта к местности
является хорошей школой передового опыта совершенствова-
ния организации и технологии работ для проектирования и экс-
плуатации предприятий не только указанных объединений, но
и других отраслей промышленности.
Метод экспертной оценки основан на индивидуальных каче-
ствах высококвалифицированных специалистов, обладающих ин-
туицией и хорошо знающих производство на ведущих предпри-
ятиях отрасли и в целом всю отрасль, а также на творческих осо-
бенностях коллективного обсуждения. Этот метод используется на
всех этапах проектирования, согласования и утверждения проекта.
4.2. Метод экономико-математического моделирования
В настоящее время при проектировании открытых горных ра-
бот все большее применение находят математические методы и
вычислительная техника, позволяющие не только сократить тру-
доемкость вычислений, но и дающие качественно новые возмож-
ности в постановке и решении задач открытой разработки. При
проектировании гидромеханизации открытых горных работ при-
меняются экономико-математические модели, позволяющие ре-
шать задачи с помощью вычислительной техники.
Под экономико-математической моделью гидро механизи-
рованного предприятия подразумевается множество соотноше-
ний, связывающих переменные (технологические) и постоянные
(геологические) факторы, влияющие на эффективность приме-
нения любой технологии. Экономико-математическая модель
экономически имитирует гидромеханизацию горных работ при
различных значениях и взаимосвязях экономических, техноло-
гических и горно-геологических факторов, что позволяет опре-
делить оптимальный вариант.
Параметры горной технологии и оборудования находятся
во взаимной связи. Так, высота уступа при разработке рыхлых
отложений принимается в соответствии с параметрами гидро-
монитора и струи, а гидромонитор должен соответствовать про-
изводительности карьера. Диаметр трубопровода нельзя опре-
делять без учета характеристики пород, удельного расхода во-
ды и мощности землесосных или насосных станций. Разроз-
ненный выбор указанных и других параметров не обеспечит оп-
тимальных решений. Применение экономико-математической
модели позволяет использовать преимущества указанных выше
81
методов проектирования и в значительной степени избежать их
недостатки.
Метод, объединяющий в себе основные положения метода
вариантов и аналитического метода, получил название метода
комплексной оптимизации. Основы этого метода разработаны в
ИГД им. Скочинского, Центрогипрошахте, МГИ (МГТУ) и в
других институтах. Суть метода сводится к следующему.
1. Анализируются основные переменные параметры, ока-
зывающие наибольшее влияние при решении задачи.
2. Выводятся функциональные зависимости для определе-
ния числа единиц оборудования, объемов горно-капитальных
работ, объемов работ по строительству инженерных сооруже-
ний, а также затрат на приобретение и содержание оборудова-
ния, строительство и эксплуатацию сооружений и др.
3. Обосновывается и формируется критерий оптимальности
(целевая функция) для оценки различных вариантов и выбора
наилучшего варианта.
4. Применительно к конкретному месторождению устанав-
ливается минимально необходимый перечень переменных.
5. Просчитывается вариант (или два) и оценивается влия-
ние тех или иных статей затрат на принятый критерий опти-
мальности.
6. Формируются ограничения, установленные с учетом при-
родных, технологических и технико-экономических факторов.
7. Оцениваются различные варианты и выбирается наилуч-
ший. В случае нескольких равноценных вариантов может быть
принят вспомогательный критерий.
Задача решается в следующей последовательности.
1. Сбор исходной информации для проектирования, вклю-
чающей данные о геологических, горнотехнических и природ-
ных условиях (рельеф местности, климатические условия, физи-
ко-механические свойства пород, их водообильность, наличие
источников водоснабжения и электроэнергии, площади под
гидроотвалы, расстояние гидротранспортирования пород).
2. Изучение, обобщение и анализ опыта работы действую-
щих технологических схем в аналогичных условиях. Выявление
причин снижения производительности оборудования и разработ-
ка мероприятий технического совершенствования горных работ.
3. Систематизация наилучшей информации и передача ее в
проектные организации, где на ее основе разрабатываются со-
ответствующие технические решения.
82
4. Разработка экономико-математической модели. Модель
состоит из технической и экономической частей. Техническая
часть включает выбор и расчет технических средств. В эконо-
мической части оцениваются выбранные и спроектированные
схемы работ и принятые решения.
5. Увязка отдельных частей экономико-математической мо-
дели между собой, разработка алгоритма и программы иссле-
дования модели на ЭВМ.
6. Анализ результатов исследования модели, установление
степени влияния отдельных факторов на критерий оптимально-
сти и выбор оптимальных параметров для разработки техниче-
ского проекта.
Общий вид задачи определения оптимальных параметров
следующий.
На эффективность разработки вскрышных пород и полез-
ного ископаемого гидромеханизированным способом оказыва-
ют влияние следующие факторы: годовая производительность
по вскрыше и полезному ископаемому, длина карьерного поля,
высота уступа, ширина заходки, производительность землесо-
сов, производительность насосов, производительность гидромо-
ниторов, расход воды, глубина разработки месторождения, рас-
стояние транспортирования пульпы и др. К переменным пара-
метрам, кроме перечисленных, относятся параметры, которые
оказывают влияние на затраты. Диапазоны изменения и значе-
ния каждого из параметров принимаются по инженерным со-
ображениям. На основании совместного исследования всех па-
раметров выбираются такие их сочетания, которые соответст-
вуют минимальным затратам.
Вспомогательным критерием при оптимизации гидромеха-
низированных работ может служить производительность труда
рабочих.
Капитальные затраты (руб.) на приобретение, доставку и
монтаж оборудования
к = К/(М/), (4.1)
где К/ — капитальные затраты на приобретение, доставку и
монтаж f-го оборудования.
Годовые эксплуатационные издержки (руб.) на содержание
оборудования и погашение строительных и горно-капитальных
работ
э = Э, (Mz),
(4.2)
83
где Э; — эксплуатационные издержки на содержание z-ro обо-
рудования и погашение строительных и горно-капитальных ра-
бот; Mz— число единиц z-ro оборудования.
Экономико-математические модели являются основными
элементами построения системы автоматизированного проек-
тирования.
4.3. Система автоматизированного проектирования
Проектирование горных предприятий в настоящее время
превратилось в трудоемкий и длительный процесс из-за необ-
ходимости учета большого числа влияющих факторов. В ре-
зультате чего выполнение оптимальных проектов при традици-
онных методах и средствах проектирования в короткие сроки
стало практически невозможным. Более совершенное проекти-
рование может быть осуществлено только на основе примене-
ния ЭВМ и создания систем автоматизированного проектиро-
вания (САПР).
Специалисты, занимающиеся автоматизацией проектирова-
ния, постепенно начали понимать, что ЭВМ способна не толь-
ко выполнять четыре арифметических действия с большой ско-
ростью, машина может рисовать, чертить, разговаривать чело-
веческим голосом, хранить в своей памяти массу полезной ин-
формации и выдавать ее человеку по первому запросу. Это
значит, ЭВМ можно использовать не только как средство про-
ектирования, но и как партнера по выполнению проектной ра-
боты. В настоящее время автоматизация проектирования стала
рассматриваться как новое научное направление.
САПР — это организационно-техническая система, выпол-
няющая автоматизированное проектирование — комплекс средств
проектирования (автоматизация), взаимосвязанный подразделени-
ями проектной организации. В комплекс средств входят методиче-
ское, лингвистическое, математическое, программное, информа-
ционное, техническое и организационное обеспечения.
Методическое обеспечение — документы, в которых отра-
жены состав и правила эксплуатации всего комплекса средств
автоматизации проектирования. Лингвистическое — языки про-
ектирования, с помощью которых происходит представление и
преобразование проектной информации и используемая терми-
нология. Математическое обеспечение включает в себя методы,
84
математические модели и алгоритмы проектирования. Эти три
вида обеспечения могут объединяться в одно и рассматривать-
ся как методическое. Организационное обеспечение регламен-
тирует взаимодействие подразделений проектной организации
с комплексом средств автоматизации проектирования, программ-
ное обеспечение включает в себя не только сами программы, но
и их эксплуатационную документацию. Возможные эффекты
автоматизации проектирования — снижение его стоимости, со-
кращение сроков и повышение качества.
4.4. Параметры, характеризующие эффективность
применения гидромеханизации
При выборе гидромеханизированного способа разработки оп-
ределяется возможность его применения и анализируется несколь-
ко схем. Определяется техническая возможность осуществления
схемы и экономическая целесообразность ее применения (рис. 4.2).
Для определения технической возможности гидротранспор-
тирования пород в заданных условиях необходимо иметь сле-
дующие исходные данные:
• топографический план местности с контурами карьера,
на котором должны быть обозначены места для организации
гидроотвалов и водохранилищ или заданы расстояние и геоде-
зическая высота гидротранспортирования;
• характеристику пород;
• климатические и гидрологические условия;
• годовой объем транспортируемых пород;
• режим работы предприятия;
• данные о наличии электроэнергии.
Возможность применения гидротранспорта выясняется на ос-
нове данных о расстоянии транспортирования, об источнике во-
доснабжения с необходимым расходом воды, на основе схемы
подготовки пород к гидротранспортированию и схемы гидро-
транспорта, данных о типе и числе единиц гидротранспортного
оборудования и обеспеченности его электроэнергией. На данном
этапе устанавливаются пределы изменения искомых параметров.
После выбора рациональной схемы разработки приступа-
ют к ее оптимизации. Сначала устанавливается число незави-
симых параметров, которые могут меняться в процессе проек-
тирования.
85
Исходные данные
Рис. 4.2. Блок-схема выбора показателей для оценки технической возможно-
сти применения гидротранспорта:
1 — топографический план с контурами карьера; 2 — план горных работ и виды меха-
низации; 3 — годовой объем работ; 4 — климатические и гидрогеологические условия;
5 — режим работы карьера; 6 — характеристика разрабатываемых пород; 7 — общий
объем разрабатываемых и транспортируемых пород; 8 — применяемые или прошедшие
опытно-промышленные испытания схемы подготовки пород к гидротранспорту; 9 —
источник электроэнергии; 10 — выбор места расположения гидроотвалов, водохрани-
лищ и трасс трубопроводов; 11 — определение консистенции пульпы и часовой произво-
дительности гидротранспорта; 12 — уточнение режима работы гидротранспорта; 13 —
определение срока службы гидротранспортного оборудования; 14 — определение
обеспеченности электроэнергией гидротранспортных агрегатов; 75 — определение дли-
ны пульповодов и водоводов; 16 — определение источника водоснабжения; 17 — опре-
деление годового и часового расходов воды для гидротранспортирования; 18 — опре-
деление расхода воды на транспортирование 1 м3 породы; 19 — выбор способа разра-
ботки пород; 20 — выбор схемы разработки пород к гидротранспорту; 27 — расчет па-
раметров водовода и пульповода; 22 — расчет водоснабжения; 23 — выбор схемы тран-
спортирования агрегатов водоснабжения; 24 — определение гидротранспортных агре-
гатов и агрегатов водоснабжения; 25 — определение потребного количества электро-
энергии; 26 — выбор типа и числа гидротранспортных агрегатов водоснабжения; 27 —
расстояние транспортирования; 28 — источник водоснабжения и необходимый расход
воды; 29 — принципиальная схема гидротранспорта; 30— принципиальная схема под-
готовки пород к гидротранспорту; 31 — тип и число гидротранспортных агрегатов; 32 —
обеспеченность электроэнергией гидротранспортных агрегатов
Эффективность применения технологических схем зависит от
множества факторов, которые можно разделить на горно-геоло-
гические и технологические. Горно-геологические факторы для кон-
кретного месторождения являются заранее заданными и определен-
ными (мощность вскрыши или полезного ископаемого, категория
породы, рельеф местности и др.), а технологические могут устанав-
ливаться по усмотрению (высота уступа, ширина заходки, длина
фронта работ и др.). Технологические факторы и являются предме-
том исследования с целью получения максимального экономическо-
го эффекта при различных заданных горно-геологических факторах.
На первом этапе исследования оцениваются горно-геоло-
гические условия, в которых должна функционировать техно-
логическая схема. На последующем этапе выдвигаются предва-
рительные инженерные соображения, основанные на потребно-
сти в полезном ископаемом и на анализе условий залегания по-
лезного ископаемого. Затем намечается ряд вариантов техно-
логической схемы (по производительности, глубине разработки
и длине карьерного поля).
Геологическое строение месторождения оценивается рядом
поперечных профилей, характеризующих отдельные его участки.
Важным показателем, оказывающим влияние на технико-
экономические показатели технологической схемы, является глу-
бина разработки месторождения.
С увеличением глубины разработки (на железорудных и уголь-
ных карьерах) увеличиваются коэффициент вскрыши, объем
вскрышных работ и срок службы карьера. Увеличение срока служ-
бы карьера способствует уменьшению удельных затрат на аморти-
зацию (на 1 т полезного ископаемого). С увеличением глубины раз-
работки повышаются транспортные затраты на подъем и умень-
шаются затраты электроэнергии на подрезку уступа и смыв породы.
Уменьшение затрат на размыв породы объясняется умень-
шением расхода электроэнергии и затрат на обслуживание на-
сосных станций и гидромониторов. Уменьшение расхода элек-
троэнергии с ростом глубины происходит за счет возрастания
естественного напора.
Длина карьерного поля может меняться от нескольких сотен
метров до нескольких километров. Эти пределы могут изменяться
по инженерным соображениям, а также в зависимости от горно-
геологических условий залегания полезного ископаемого.
Уменьшение длины фронта работ ведет к уменьшению тран-
спортных коммуникаций и удельных затрат на транспортирова-
87
ние. При уменьшении длины фронта работ уменьшаются запа-
сы полезного ископаемого, ухудшается использование обору-
дования за счет увеличения времени на передвижку трубопрово-
дов и частой врезки в новую заходку. С увеличением фронта работ
возрастают затраты на транспортирование и время подготовки
новых горизонтов, а также снижается интенсивность разработки
месторождения. Это обстоятельство свидетельствует о необходи-
мости определения оптимальной длины фронта работ.
На эффективность технологической схемы большое влия-
ние оказывает высота рабочей зоны. Так, при заданной произ-
водительности с увеличением высоты рабочей зоны растет чис-
ло рабочих горизонтов и длина транспортных коммуникаций.
Поэтому это один из тех факторов, который влияет на выбор
высоты уступа, а следовательно, и на их число.
С ростом расстояния от гидромонитора до забоя осевое дав-
ление струи на забой падает. Для поддержания заданного давле-
ния необходимо повышать напор насосной станции, что вызывает
увеличение капитальных затрат на приобретение более мощного
оборудования или увеличение его числа. Увеличение напора при-
водит к росту затрат на потребляемую электроэнергию. Если на-
пор не повышать, возникает необходимость уменьшения высоты ус-
тупа и ширины заходки. Уменьшение высоты уступа приведет к
увеличению их числа, в результате чего возрастут длина трубопро-
водов и затраты на транспортирование. Уменьшение шага перед-
вижки оборудования вызывает уменьшение степени его использо-
вания. С уменьшением ширины заходки возрастают затраты на пе-
редвижку оборудования. Изменение мощности оборудования вызы-
вает изменение высоты уступа, ширины заходки и шага передвижки.
4,5. Экономическая эффективность принимаемых
в проекте решений
Экономический эффект — это конкретный результат работы,
проявляющийся в виде прибыли (снижения себестоимости продук-
ции, экономии капитальных вложений, трудовых, энергетических,
материальных и других ресурсов). Отношение экономического эф-
фекта к обусловливающим его затратам — экономическая эффек-
тивность. Чем больше экономический эффект превышает затраты,
необходимые для его получения, тем эффективность выше. Чем вы-
ше экономическая эффективность отдельно взятых объектов, тем в
полной мере она отвечает интересам всего хозяйства страны.
88
Эффективное развитие промышленности возможно на базе
использования нового высокопроизводительного оборудования,
требующего больших капитальных вложений. Поэтому при про-
ектировании необходимо обосновывать выбранные направле-
ния капитальных вложений, технических и технологических ре-
шений. Они должны обеспечивать наибольший прирост продук-
ции на каждый рубль капитальных вложений и наименьший
срок окупаемости капитальных затрат.
Высокие производственные показатели при разработке место-
рождений полезных ископаемых могут быть достигнуты в резуль-
тате применения высокопроизводительной техники и совершенной
технологии, своевременной модернизации оборудования на дей-
ствующих предприятиях и замены морально устаревшей техники
на новую, полной механизации вспомогательных работ, автома-
тизации производственных процессов, экономного расходования
трудовых, материальных, энергетических ресурсов, комплексного
извлечения ценных компонентов при обогащении и сокращении
всех видов потерь, передовых методов организации труда и управ-
ления производством.
Оценка экономической эффективности принимаемых в про-
екте решений производится на основании соответствующих кри-
териев.
Критерий оптимальности — это средство, с помощью ко-
торого устанавливается степень технической и экономической
целесообразности проектного решения. Критерий оптимально-
сти должен показывать, насколько эффективно осуществляются
капитальные и эксплуатационные затраты и к каким производ-
ственным результатам они приводят.
Экономическая оценка проекта разработки месторождения
при рыночных экономических отношениях осуществляется на ос-
нове оценки совокупности технико-экономических показателей, к
которым можно отнести: капитальные вложения на промышлен-
ное строительство; удельные капитальные вложения; размер ос-
новных производственных фондов; полная себестоимость полез-
ного ископаемого; производительность труда; фондоотдача; вало-
вая прибыль; уровень рентабельности (к издержкам); прибыль,
остающаяся в распоряжении предприятия; прибыль на вложенный
капитал; срок окупаемости капитальных вложений.
89
Капитальные затраты
Капитальные затраты на строительство и реконструкцию
горного предприятия определяются сводной сметой затрат, ко-
торая состоит из двух частей.
Содержание части I:
1) подготовка территории строительства;
2) затраты на горно-капитальные работы;
3) затраты на промышленные здания и сооружения;
4) затраты на электромеханическое оборудование и монтаж;
5) затраты на транспорт и связь; .
6) затраты на приспособления, инструменты, производствен-
ный инвентарь;
7) благоустройство промышленной площадки;
8) временные здания и сооружения, необходимые для осу-
ществления строительно-монтажных работ;
9) прочие работы и затраты.
Содержание части II:
1) содержание дирекции строящегося предприятия, вклю-
чая технический надзор;
2) расходы на подготовку эксплуатационных кадров;
3) проектные и изыскательские работы.
Из сумм затрат первой и второй частей необходимо выде-
ление возвратных сумм. Возвратные суммы: за полезные иско-
паемые от попутной добычи; по временным (разбираемым) зда-
ниям и сооружениям.
1. Величину затрат на подготовку территории строительст-
ва (часть I) рекомендуется принимать в размере 0,5—1 % суммы
затрат по 2—5 главам.
2. Горно-капитальные работы рассчитываются на момент
сдачи карьера в эксплуатацию с учетом создания необходимых
вскрытых и готовых к выемке запасов и включают в себя: капи-
тальные и разрезные траншеи; котлованы и гидротехнические
сооружения (гидроотвалы, хвостохранилища, предохранитель-
ные плотины и т. д.); транспортные коммуникации; работы по
удалению и складированию плодородного слоя; дренажные
горные выработки и другие горно-строительные работы.
3. Наименование зданий, сооружений и требуемый их объ-
ем принимаются в зависимости от производственной мощности
карьера. В затраты на здания и сооружения должна входить
90
стоимость неучтенных здании и сооружении, которая опреде-
ляется в размере до 5 % итоговой расчетной стоимости.
4. Стоимость оборудования определяется путем добавления к
отпускной цене стоимости доставки его к месту работы, а также сто-
имости хранения и монтажа. Стоимость доставки оборудования
(кроме колесного транспорта) рекомендуется принимать в размере
7 % отпускной цены для европейской части СНГ, 12 % — для вос-
точных районов и 30 %—для районов Крайнего Севера (главы 4,5).
Стоимость монтажа принимается 8, 5 и 17 % соответствен-
но для механизации вскрышных и добычных работ, транспор-
та, требующего монтажа, и водоотливов.
Стоимость начального резерва запасных частей для обору-
дования и заготовительно-складские расходы рекомендуется
принимать в размере 3,7 % стоимости оборудования.
Стоимость неучтенного оборудования принимается в раз-
мере 10 % итоговой расчетной стоимости оборудования.
В случае необходимости получения расчетных значений за-
трат на единицу полезного ископаемого Сд и вскрыши Св, рас-
четы по элементам затрат рекомендуется производить раздель-
но для полезного ископаемого и вскрыши.
5. Затраты на приспособления, инструменты и производст-
венный инвентарь рекомендуется принимать в размере 0,5 % сум-
мы затрат по 1—5 главам первой части сводной сметы.
6. Затраты на благоустройство промышленной площадки
устанавливаются в пределах 0,75—1,0 % суммы затрат по 1—5
главам первой части сводной сметы.
7. Затраты на временные здания и сооружения, необходи-
мые для осуществления строительно-монтажных работ, прини-
маются от общей стоимости работ и затрат по 1-—6 главам пер-
вой части сводной сметы в размере 2,9 и 3,9 % соответственно
для освоенных и неосвоенных районов.
8. Затраты на прочие работы устанавливаются в размере
8—10 % суммы затрат по 1—8 главам первой части сводной сметы.
9. Затраты на содержание дирекции строящегося предпри-
ятия принимаются в размере 0,6 % первой части сводной сметы.
10. Затраты на подготовку эксплуатационных кадров при-
нимаются из данных практики.
И. Стоимость проектных работ рекомендуется принимать
в размере 0,5—1,0 % сметной стоимости строительства.
12. Затраты на непредвиденные работы принимаются в
размере 5 или 10 % сметной стоимости строительства.
91
13. Возвратные суммы за полезное ископаемое от попутной
добычи определяют путем умножения количества полезного ис-
копаемого, добытого при строительстве, на его цену.
14. Возвратные суммы по временным зданиям и сооруже-
ниям устанавливают в размере 40 % стоимости временных зда-
ний и сооружений.
На действующих карьерах, где проектируются работы по
реконструкции предприятия, капитальные затраты на производ-
ственное строительство рассчитываются только по предлагае-
мым проектным решениям.
Удельные капитальные вложения определяются отношени-
ем капитальных затрат на строительство предприятия, приве-
денных в сводной смете, к годовой производственной мощно-
сти карьера по полезному ископаемому.
Основные производственные фонды предприятия
Общая сумма основных производственных фондов предпри-
ятия определяется в проектах укрупнено и принимается равной
затратам, определенным в первой части сводной сметы, умень-
шенным на величину возвратных сумм по временным зданиям
и сооружениям. Для реконструируемых предприятий она слага-
ется из основных фондов действующего карьера и основных
фондов по предлагаемому проекту его реконструкции.
Полная себестоимость полезного ископаемого
Под себестоимостью продукции понимаются выраженные в
денежной форме эксплуатационные затраты на производство и
реализацию единицы продукции.
Производственная себестоимость — это все производствен-
ные затраты на выпуск единицы продукции по данному пред-
приятию, включающие затраты по всем производственным це-
хам и участкам предприятия и общепроизводственные расходы.
Производственная себестоимость, руб/т, полезного ископаемого
может быть определена по следующей формуле:
Спр==Сд + КвСв, (4.3)
где Сд — эксплуатационные затраты на добычу 1 т полезного
ископаемого, руб/т; Св — эксплуатационные затраты на 1 м3
вскрыши, руб/м3; Ка — плановый коэффициент вскрыши, м3/т.
Согласно Положению о составе затрат, включаемых в себе-
стоимость продукции (от 5 авг. 1992 г.), затраты необходимо
92
группировать в соответствии с экономическим содержанием по
следующим элементам: материальные затраты; затраты на оп-
лату труда; отчисления на социальные нужды; амортизация ос-
новных фондов; прочие затраты.
Расходы по соответствующим элементам затрат рекомендует-
ся группировать раздельно по отдельным технологическим процес-
сам (бурение, водонасыщение, взрывание, подрезка, механическое
рыхление, экскавация, транспортирование, отвалообразование
(гидроотвалообразование), складирование, переработка полезного
ископаемого) и раздельно по вскрышным и добычным работам.
Определение затрат по перечисленным выше элементам про-
изводится следующим образом.
Материальные затраты. В элемент «Материальные затра-
ты» включается стоимость:
а) покупных вспомогательных материалов, комплектующих
изделий и полуфабрикатов, используемых в процессе производ-
ства для обеспечения нормального технологического процесса.
Стоимость материалов следует принимать по фактически дейст-
вующим ценам для проектируемого предприятия. При этом не-
обходимо учитывать расходы на транспорт и хранение по ана-
логии с оборудованием. Стоимость неучтенных материалов при-
нимается в размере до 10 % суммы всех затрат на материалы;
б) природного сырья, включающая:
• отчисления на воспроизводство минерально-сырьевой ба-
зы. Эти отчисления взимаются с пользователей недр, осу-
ществляющих добычу всех видов полезных ископаемых, и
поступают в государственный внебюджетный фонд воспро-
изводства минерально-сырьевой базы. Средства фонда ис-
пользуются для финансирования работ, связанных с геоло-
гическим изучением недр, поиском и оценкой месторожде-
ний полезных ископаемых;
• отчисления на рекультивацию земель, оплату работ по ре-
культивации земель, осуществляемых специализированны-
ми предприятиями;
• плату за воду, забираемую предприятием из водохозяй-
ственных систем;
в) приобретаемого со стороны топлива, расходуемого на
технологические и производственно-технические нужды пред-
приятия. При отсутствии фактических данных расходы на топ-
ливо можно принять до 1 % общей суммы эксплуатационных
затрат;
93
г) покупаемой электроэнергии, расходуемой на технологи-
ческие и другие производственные нужды предприятия. Расчет
затрат на электроэнергию, получаемую со стороны, произво-
дится по двухставочному тарифу. При расчете определяется раз-
мер основной платы, взимаемой независимо от количества по-
требляемой электроэнергии за установленную мощность транс-
форматоров и электродвигателей высокого напряжения, а так-
же устанавливается размер дополнительной платы за фактиче-
ски потребляемые кВт ч активной электроэнергии.
Общая сумма затрат на электроэнергию может быть опре-
делена по следующему выражению:
Зэ = (Аул + (1 ±с), (4.4)
где Зэ — стоимость получаемой со стороны электроэнергии, руб.;
Ау — установленная мощность трансформаторов, кВ • А, или
высоковольтных двигателей с максимальной нагрузкой, кВт.
Установленная мощность определяется по формуле
7V =——
у cos <р цдв
где Мн — номинальная мощность сетевых двигателей, кВт; cos <р
— номинальный коэффициент мощности (cos ср = 0,9); три-
номинальный КПД двигателей (т| дв = 0,85); а — тариф за 1 кВ - А
установленной мощности трансформаторов или за Г кВт макси-
мальной мощности двигателей в единицу времени (год, мес.),
руб.; b — тариф за 1 кВт • ч потребленной энергии, руб.; W —
фактически потребленная электроэнергия за определенный пе-
риод времени, кВт ч;
РК=МнГрКи, (4.6)
где гр — продолжительность работы оборудования в год (ме-
сяц), ч; Ки — коэффициент использования оборудования во вре-
мени (для одноковшовых экскаваторов — 0,25—0,3; для много-
ковшовых экскаваторов — 0,4—0,5; для роторных экскава-
торов — 0,3—0,4; для ленточных конвейеров — 0,7); с — над-
бавка или скидка к тарифу за электроэнергию, при отсутствии
данных принять с = 0.
Стоимость материальных ресурсов, отражаемая по элемен-
ту «Материальные затраты», формируется исходя из цен их при-1
обретения без учета налога на добавленную стоимость. Следо-
94
вательно, если стоимость материальных ресурсов включает на-
лог на добавленную стоимость, то при внесении затрат в себе-
стоимость его необходимо исключить следующим образом:
Зм-100
100+НДС'’
(4-7)
где 3J — годовая стоимость материальных ресурсов без учета
НДС, руб.; НДС' — налог на добавленную стоимость, %; Зм —
годовая стоимость приобретенных и используемых материаль-
ных ресурсов, руб.
Затраты на оплату труда. Расчету заработной платы долж-
но предшествовать определение явочного и списочного соста-
вов рабочих. Явочный состав рабочих определяется в соответ-
ствии с количеством оборудования и нормой обслуживания ра-
бочих мест или машин. Списочный состав — отдельно для ка-
ждого технологического процесса с учетом режима работы
предприятия, цеха и трудящихся.
Явочный состав рабочих определяется по следующей фор-
муле:
М = М Но Тем, (4.8)
где М — число рабочих мест или машин; Но — норма обслужи-
вания рабочих мест или машин (принимается по данным прак-
тики), чел.; Тем — число рабочих смен в сутки.
Списочный состав рабочих Nc определяется по следующей
формуле:
Nc = М Кс, (4.9)
где Кс — коэффициент списочного состава рабочих.
Величина Кс зависит от режима работы горного предпри-
ятия и его структурных подразделений, а также от продолжи-
тельности отпуска рабочего.
Коэффициент списочного состава может быть определен
следующим образом:
д А -(В + С + П)
к = = =--------L-V--------р/ ------- (4 10)
‘ АР [А,-(В + С+Пр + Д0-Н)](1-Кн)
где Ап — число дней работы горного предприятия в году; Ар —
число дней работы рабочего в году; Ак — календарное число
дней в году (Ак = 365); В — число воскресных (нерабочих) дней
95
в году; С — число субботних (нерабочих) дней в году; Пр — то
же, праздничных; До — средняя продолжительность отпуска ра-
ботников горного предприятия (До = 21); Н — число рабочих
дней, компенсирующих ежедневную недоработку (при пятиднев-
ной рабочей неделе Н = 7); Кн — коэффициент, учитывающий не-
рабочее время по уважительным причинам (болезни, льготные ча-
сы несовершеннолетних, общественные и государственные обя-
занности, выполняемые во время рабочего дня и др., Кн= 0,04),
При укрупненных расчетах Кс может быть принят по табл. 4.1.
Таблица 4.1
Коэффициент списочного состава
Профессии рабочих Неделя
прерывная непрерывная
305 дн. 260 дн. 357 дн. 365 дн.
Основные рабочие 1,34 1,14 1,56 1,6
Ремонтные рабочие 1,31 1,12 —
Среднегодовая явочная численность рабочих, чел., занятых
на сезонных работах, рассчитывается по формуле
(4]1)
где — численность рабочих на сезонных процессах, чел / сут;
t — продолжительность сезонного процесса, сут; п2 — числен-
ность рабочих в межсезонный период, чел / сут; Т — общая про-
должительность работы предприятия, дней.
Коэффициент списочного состава рабочих на сезонных ра-
ботах определяется по формуле
Кс = ,---------. (4.12)
А,-(В + С + Пр)1(1-Кя)
Численность оуководящих работников, специалистов, слу-
жащих и МОП определяется из типового штатного расписания.
Затраты на оплату труда включают основную и дополни-
тельную заработную плату трудящихся. В свою очередь, основ-
ная заработная плата включает прямую зарплату и доплаты.
Прямая заработная плата — это выплаты за фактически
выполненную работу, исчисленные исходя из списочной чис-
ленности трудящихся, сдельных расценок, тарифных ставок и
96
должностных окладов в соответствии с принятыми на предпри-
ятии формами и системами оплаты труда. Прямая зарплата ра-
бочего в смену равна тарифной ставке или произведению сдель-
ной расценки на произведенный объем продукции в смену.
К доплатам относятся выплаты стимулирующего характера
(премии за производственные результаты, в том числе возна-
граждения по итогам работы за год, надбавки к тарифным
ставкам и окладам за профессиональное мастерство, высокие
достижения в труде и т. д.), выплаты компенсирующего харак-
тера, связанные с режимом работы и условиями труда (над-
бавки и доплаты к тарифным ставкам и окладам за работу в
ночное время, сверхурочную работу, работу в многосменном
режиме, за совмещение профессий, за работу в тяжелых, вред-
ных и особо вредных условиях и т. д.), и выплаты, обусловлен-
ные районным регулированием оплаты труда (выплаты по рай-
онным коэффициентам, надбавки к заработной плате за непре-
рывный стаж работы в районах Крайнего Севера и приравнен-
ных к ним местностям, в районах Европейского Севера и дру-
гих районах с тяжелыми природно-климатическими условиями).
К дополнительной зарплате относятся все виды оплат в не-
рабочее время в соответствии с действующим законодательст-
вом (оплата очередных отпусков, выплаты в случае временной
утраты трудоспособности и т. п.). Размер этих выплат можно
принять равным 10—14 % суммы основной заработной платы.
Годовые затраты на оплату труда рабочих определяются
умножением полной зарплаты одного рабочего (основная и
дополнительная зарплата) на списочный состав рабочих и на
число рабочих дней в году. Годовые затраты на оплату труда
руководящих работников, специалистов, служащих и МОП —
из штатного расписания и должностных окладов. При опреде-
лении расходов на оплату труда следует исходить из фактических
затрат на оплату труда по данным практики.
Общие годовые затраты на оплату труда складываются из
годовых затрат на оплату труда рабочих, руководящих работ-
ников, специалистов, служащих и МОП.
В случае отсутствия фактических данных для определения
затрат на оплату труда трудящихся целесообразно исходить из
включения в себестоимость нормируемой величины расходов
на оплату труда, не превышающей в соответствии с законода-
тельством 4-кратного размера минимальной заработной платы.
97
Нормируемую величину затрат на оплату труда Зт н, вклю-
чаемую в себестоимость, руб/год, можно определить по формуле
Зт. Н ~ 4 Зтппп Л^ср. С Ям, (4.13)
где Зттш — минимальная месячная заработная плата, руб.; Аср. с
— среднесписочная численность работников, чел.; пм — про-
должительность работы предприятия в году, мес.
Нормируемая величина расходов на оплату труда увеличи-
вается в соответствии с районным регулированием заработной
платы (районными коэффициентами), включая надбавки за не-
прерывный стаж работы.
Распределение установленной таким образом суммы зара-
ботной платы между работниками осуществляется в соответст-
вии с их классификацией. Выплаты сверхнормативной величи-
ны производятся из чистой прибыли, остающейся в распоряже-
нии предприятия.
Отчисления на социальные нужды. Представляют собой обя-
зательные отчисления по установленным законодательством нор-
мам от затрат на оплату труда работников, включаемых в себе-
стоимость. Включают в себя отчисления органам государствен-
ного социального страхования, Пенсионного фонда, государст-
венного фонда занятости и медицинского страхования.
Амортизация основных фондов. В элементе «Амортизация
основных фондов» отражается сумма амортизационных отчис-
лений на полное восстановление всех основных производствен-
ных фондов. Сумма амортизационных отчислений по предпри-
ятию определяется исходя из балансовой стоимости основных
фондов и утвержденных норм амортизационных отчислений.
Сумма амортизационных отчислений, руб., определяется по
следующей формуле:
Ао=^-Ко, (4.14)
где Ко — поправочный коэффициент, учитывающий время и
режим работы, рабочие параметры, условия эксплуатации ос-
новных фондов; а — годовая норма амортизационных отчисле-
ний, %; Сб — балансовая стоимость основных фондов (машины,
оборудование, транспортные средства), руб.
Амортизация подвижного состава автомобильного транс-
порта производится по нормам в процентах от стоимости ма-
шин на 1000 км фактического пробега (т. е. в зависимости от
объема выполненных работ).
98
Сумма амортизационных отчислений, руб., технологическо-
го автотранспорта определяется по формуле
<ха Са
а а ч
т 100 1000 ’
(4.15)
где аа — норма амортизационных отчислений, %; Са — балан-
совая стоимость автосамосвалов, руб.; £ф — суммарный годовой
пробег автосамосвала, км.
Расчет амортизационных отчислений по основным производ-
ственным фондам, включающим горно-капитальные выработки,
специализированные здания и сооружения, карьерные автодороги,
со сроком службы до 25 лет, связанные непосредственно с отра-
боткой запасов полезных ископаемых и не используемые после
отработки запасов в каких-либо других целях, производится по
погонной ставке. При сроке службы этих основных фондов более
25 лет их амортизация осуществляется по определенной норме.
Погонная ставка определяется делением стоимости основ-
ных фондов (за вычетом износа) на запасы полезного ископае-
мого в контурах карьера.
Прочие затраты. К элементу «Прочие затраты» в составе се-
бестоимости продукции относятся налоги, сборы, отчисления в
специальные внебюджетные фонды, производимые в соответствии
с установленным законодательством порядком, платежи за право
на добычу полезных ископаемых, за предельно допустимые вы-
бросы загрязняющих веществ, по обязательному страхованию иму-
щества, учитываемого в составе производственных фондов, возна-
граждения за изобретения и рационализаторские предложения,
платежи по кредитам в пределах ставок, установленных законода-
тельством, затраты на командировки, а также другие затраты,
входящие в состав себестоимости продукции, но не относящиеся к
ранее перечисленным элементам затрат.
В том случае, если затраты на побочные и вскрышные ра-
боты не разделяются, например при разработке сложнострук-
турных месторождений, производственная себестоимость опре-
деляется отношением суммы производственных затрат на до-
бычу горной массы к объему добычи полезных ископаемых.
В полную себестоимость полезного ископаемого Спал, руб/т,
входят не только все производственные затраты на выпуск про-
дукции, но и внепроизводственные расходы, связанные с реализа-
цией продукции, поставкой ее к станции отправления, содер-
жанием сбытовых организаций:
99
Спон
пр -4'-н. пр»
(4.16)
где Кн. пр — коэффициент, учитывающий внепроизводственные
расходы; устанавливается по фактическим данным горного пред-
приятия или принимается равным 1,03—1,07.
Себестоимость продукции — один из важнейших показате-
лей, по которому могут сопоставляться альтернативные вари-
анты решений. По своему составу это более емкий показатель по
сравнению с другими показателями частной ресурсоемкое™ (тру-
доемкость, материало- и энергоемкость, топливо- и фондоем-
кость).
Важнейшее преимущество себестоимости как показателя эф-
фективности производства состоит в том, что в нем отражены не
только затраты живого труда, но и все другие расходы предпри-
ятия, которые можно назвать трудом овеществленным. Они со-
ставляют большую часть всех затрат горного предприятия.
Однако и себестоимость не является таким результирующим
показателем, который исчерпывающе отражает и оценивает все
стороны экономической деятельности предприятия. Основной
его недостаток заключается в том, что он не отражает качество
выпускаемой продукции. Плохое качество снижает спрос на вы-
пускаемую продукцию и ее цену. Себестоимость может даже сни-
зиться, если «экономить» на затратах по повышению качества
продукции. Таким образом, при выработке рыночной стратегии
предприятия нельзя ориентироваться только на себестоимость.
Производительность труда
Производительность труда определяется в соответствии с
запланированным объемом добычи полезного ископаемого, шта-
том трудящихся и режимом работы предприятия.
Годовая производительность труда рабочего (или трудяще-
гося)
(4.17)
где Qr — годовой объем добычи полезного ископаемого, т;
TVp (Nr) — списочная численность рабочих (трудящихся) карье-
ра, чел.
Аналогично определяется месячная производительность тру-
да рабочего (или трудящегося):
100
9
(4.18)
r -
₽<T) A^p(AfT)
где QM — месячный объем добычи полезного ископаемого, т.
Величина, обратная производительности труда, называется
трудоемкостью работ. На горных предприятиях трудоемкость
работ измеряется числом чел.-смен, приходящихся на 1000 т по-
лезного ископаемого (или вскрышных пород), и может быть
определена по следующему выражению:
1000псм
UM
(4.19)
сут
Фондоотдача
Фондоотдача характеризует эффективность использования
основных производственных фондов и отражает связь между
средствами труда и произведенной продукцией; измеряется от-
ношением произведенной за год продукции (в натуральном или
в стоимостном выражении) к среднегодовой стоимости основ-
ных производственных фондов, т/руб. или руб/руб.:
ИЛИ Ф = —----
(4.20)
где Фосн — среднегодовая стоимость производственных фондов,
руб.; £>г — объем годовой добычи полезного ископаемого, т;
В — сумма годовой выручки от реализации продукции, руб.
Величина, обратная фондоотдаче, называется фондоемко-
стью производимой продукции.
Валовая прибыль предприятия
Валовая прибыль, руб., представляет собой сумму прибыли
от реализации продукции, основных фондов и иного имущест-
ва предприятия, выводимого из эксплуатации, а также доходов
от внереализованных операций, уменьшенных на сумму расхо-
дов по этим операциям:
Пв — Пр + Пф 4" Пвн. р, (4.21)
где Пр — прибыль от реализации продукции, руб.; Пф — при-
быль от реализации основных фондов, выводимых из эксплуа-
тации, руб.; Пга.р — прибыль от внереализованных операций, руб.
Прибыль от реализации продукции определяется как раз-
ница между выручкой от реализации продукции (без налога на
101
добавленную стоимость и акцизов) и затратами на производст-
во и реализацию, включаемыми в себестоимость:
Пр ==В'-СПОЛ £)р, (4.22)
где Спол — полная себестоимость полезного ископаемого, руб/т;
В' — выручка от реализации продукции без учета налога на
добавленную стоимость, руб.,
В'= В-Лидс, (4.23)
где В — годовая выручка от реализации продукции, руб.,
В = Ц„ер, (4-24)
где Цп — цена реализуемой продукции, руб / т; QP — годовой
объем реализуемой продукции; Лидс — сумма налога на добав-
ленную стоимость, руб.
В формировании показателя прибыли предприятия цены на ре-
ализуемую им продукцию и услуги играют одну из важнейших ро-
лей. В настоящее время осуществляют либерализацию цен на ми-
неральное сырье (переход на свободные цены, формируемые рын-
ком). Вместе с тем в специфических условиях горнодобывающих
отраслей полная либерализация цен на выпускаемую ими продук-
цию трудноосуществима вследствие многих обстоятельств. Из-
вестно, что полностью свободные цены на сырье и вообще на мас-
совую однородную продукцию практически не существуют в мире.
Как правило, их упорядочивают. Товаропроизводители осу-
ществляют это регулирование в процессе формирования цены в
системе компромисса спрос — предложение, заключая специаль-
ные соглашения. Государство также может осуществлять регули-
рование рыночных цен, идя на определенное, им устанавливаемое
снижение свободных цен на то или иное минеральное сырье. Воз-
никающий недостаток денежных средств у худшей части предпри-
ятий государство компенсирует посредством предоставления им
дотаций. Естественно, что размер этих дотаций сбалансирован с
размером производственного корректирования свободной цены.
Конечно, разница в свободных ценах на сопоставимую по качест-
ву продукцию существует, но она невелика. А небольшие ее коле-
бания определяются географическим положением производителей
и, следовательно, транспортными тарифами, а также характером
сделок (разовые, долговременные, на крупные или мелкие объемы
поставок, сезонные и т. д.). Информация о текущих ценах на со-
временном мировом сырьевом рынке доступна и отслеживается
ежедневно. Это способствует выравниванию уровня свободных
цен и их стабильности.
102
Можно констатировать, что прибыль в качестве показателя эф-
фективности производства дает более полную характеристику ры-
ночной эффективности предприятия и выпускаемой им продукции.
Сумма налога на добавленную стоимость определяется как
разница между суммой налога, полученной от потребителей за
реализованную продукцию, и суммой налога, уплаченной по-
ставщикам за израсходованные материальные ресурсы:
^ндс = -^ндс ~ -^ндс > (4.25)
где Л^ндс ~~ сумма налога, полученная от потребителей, руб.,
дгпотр _ р В • 1 00
ндс ь 100 +НДС’
(4.26)
^ндс — сумма налога, уплаченная поставщикам за материаль-
ные ресурсы, руб.,
дгПОСТ _ Q Зм ‘ЮО , л
НДС 100 +НДС’
где Зм — годовая стоимость приобретенных и используемых ма-
териальных ресурсов, руб.; НДС — налог на добавленную сто-
имость (НДС = 20 %).
Тогда выражение (4.25) можно записать в виде
^ндс
=(в-зм)
НДС
100 +НДС
(4.28)
В целях противодействия чрезмерному завышению цен на
выпускаемую продукцию для горнодобывающих предприятий-
монополистов всех отраслей установлен предельный уровень
рентабельности. В случае превышения предельного уровня рен-
табельности вся «сверхприбыль» изымается в доход госбюдже-
та с применением штрафных санкций.
Прибыль, остающаяся в распоряжении предприятия
Денежные средства, остающиеся в распоряжении предпри-
ятия, представляют собой сумму амортизационных отчислений
и налоговой прибыли за вычетом всех обязательных выплат и
налогов. Средства, остающиеся в распоряжении предприятия,
направляются в фонд развития производства, фонд социально-
го развития и в фонд поощрения сотрудников. Укрупненно их
величину можно рассчитывать следующим образом:
103
Д = П,-^=- + А, (4.29)
где Д — денежные средства, остающиеся в распоряжении пред-
приятия, руб.; Nn — налог на прибыль по основной деятельности,
%; А — годовая сумма амортизационных отчислений, руб.; Пн —
налогооблагаемая прибыль по основной деятельности, руб.
Для исчисления налогооблагаемой прибыли по основной де-
ятельности прибыль от реализации продукции увеличивается на
сумму превышения расходов на оплату труда, включенных в себе-
стоимость, по сравнению с нормируемой величиной (если это име-
ет место). Кроме того, в соответствии с предоставляемыми льгота-
ми налогооблагаемая прибыль может быть уменьшена на величи-
ну капитальных затрат, направляемых на реализацию технических
решений по реконструкции, расширению, техническому перевоо-
ружению, охране окружающей среды и финансируемых за счет
прибыли, остающейся в распоряжении предприятия.
Таким образом, налогооблагаемая прибыль может быть
рассчитана по формуле
Пн = Пр - Кл, (4.30)
где Кл — капитальные затраты, уменьшающие налогооблагае-
мую прибыль в соответствии с предоставляемыми льготами, руб.,
Кл = Кпер + 0,3 Кпр , (4.31)
где Кпер — капитальные затраты на техническое перевооруже-
ние, реконструкцию, расширение предприятия, руб.; Кпр — ка-
питальные вложения на природоохранные мероприятия, руб.
При этом следует учесть, что налоговые льготы не должны
уменьшать фактическую сумму налога, исчисленную без учета льгот
более чем на 50 %, т. е. должно выполняться следующее условие:
Кл<0,5Пр. (4.32)
Прибыль, остающаяся в распоряжении предприятия, руб.,
П = П»-П„^. (4.33)
Прибыль на вложенный капитал и срок окупаемости
капитальных вложений
Прибыль на вложенный капитал, %, является относительным
показателем эффективности работы предприятия, характеризую-
щим темп оборота вложенного в производство капитала:
Пк=(П/К) 100, (4.34)
104
где К — суммарные капитальные вложения, руб.
Чем выше оборачиваемость вложенного в производство ка-
питала, тем эффективнее производство. Величина, обратная при-
были на вложенный капитал, представляет собой срок окупае-
мости капитальных вложений, лет;
Ток= 100/Пк. (4.35)
Рентабельность предприятия
Рентабельность (%) является производным от прибыли по-
казателем эффективности производства; исчисляют в виде от-
ношения прибыли к стоимости тех производственных ресурсов,
которые были использованы для ее получения.
В зависимости от того, что конкретно подразумевают под
величиной используемых ресурсов, показатель рентабельности
может быть рассчитан по-разному. Применяют, в частности, сле-
дующие две разновидности показателя рентабельности.
Рентабельность 7?ф по отношению к стоимости используемых
производственных фондов предприятия определяют по формуле
(4.36)
осн об
где ПР — годовая прибыль предприятия от реализации продук-
ции, руб.; Фосн — среднегодовая стоимость основных производ-
ственных фондов предприятия, руб.; ФОб — среднегодовая сто-
имость нормируемых оборотных средств предприятия, руб.
Рентабельность Rc по отношению к себестоимости рассчи-
тывают по формуле
Яс=-Л-100, (4.37)
',~'пол
где Спол — полная годовая себестоимость, руб/год.
Показатель рентабельности является еще более емким в оцен-
ке эффективности производства, чем прибыль. По критерию рен-
табельности выгоден лишь тот прирост прибыли, который опре-
деляет прирост производственных фондов предприятия.
Следует отметить, что для проектов различных карьеров
характерен чрезвычайно большой разброс всех экономических
показателей. Это объясняется объективными различиями при-
родных условий залегания и качества полезных ископаемых.
105
Рассмотренные в данном подразделе экономические пока-
затели эффективности позволяют оценить лишь отдельные ас-
пекты сравниваемых вариантов проектных решений.
4.6. Методы определения капитальных
и эксплуатационных затрат
При выборе параметров технологии и оборудования при-
меняются укрупненные технико-экономические расчеты, по-
зволяющие выполнять их как вручную, так и с помощью ЭВМ.
Весь комплекс горных работ на карьере состоит из основ-
ных и вспомогательных процессов. К основным процессам от-
носятся подготовка породы к размыву, водоснабжение, размыв
породы, транспортирование породы в виде пульпы и укладка
породы на гидроотвале. Если на карьере осуществляются до-
быча и обогащение полезного ископаемого, то обогащение так-
же входит в число основных производственных процессов. К
вспомогательным производственным процессам относятся элек-
троснабжение, подпитка, опробование полезного ископаемого,
ремонт оборудования и др.
Для каждого процесса определяются капитальные и экс-
плуатационные затраты и указываются факторы, которые обу-
словливают величину этих затрат. Эти факторы можно разде-
лить на две группы. К факторам первой группы относятся ис-
ходные данные, определяемые расчетным путем: объем работ,
число единиц оборудования, расстояние гидротранспортирова-
ния вскрышных пород и полезного ископаемого, производитель-
ность оборудования, продолжительность работы оборудова-
ния, длина забойных карьерных и магистральных трубопрово-
дов. Методика расчета перечисленных данных приводится в
последующих разделах. К факторам второй группы относятся
капитальные и эксплуатационные затраты, приходящиеся на еди-
ницу объема работ. Капитальными затратами являются стоимость
единицы оборудования (гидромонитора, насоса, гидроэлевато-
ра, загрузочного аппарата, уступоподрезающей машины и др.)
с учетом стоимости запасных частей и кабеля для подключения
к сети, а также затрат на доставку, заготовительно-складские и
106
монтажные работы, затраты на укладку 1 км трубопровода, за-
траты на строительство административно-бытового здания, элек-
тромеханической мастерской и других зданий с привязкой к це-
нам и нормам района, где намечено строительство предприятия.
Удельные эксплуатационные затраты определяются двумя
способами: по стоимости машиносмен и по укрупненным сто-
имостным показателям. При первом способе удельные эксплуа-
тационные затраты определяются делением стоимости машино-
смены на эксплуатационную производительность оборудования.
Стоимость машиносмены равна сумме затрат на амортизацию,
все виды ремонтов (кроме капитального), оснастку, смазочные
и обтирочные материалы, электроэнергию и заработную плату.
При втором способе удельные эксплуатационные затраты опре-
деляются делением единичных показателей на эксплуатацион-
ную производительность оборудования. Стоимостными пара-
метрами по эксплуатационным затратам являются стоимость
эксплуатации единицы оборудования, затраты на содержание 1 км
трубопроводов и др.
Эксплуатационные затраты делятся на постоянные и пере-
менные. Постоянные затраты не зависят от фонда рабочего вре-
мени оборудования в течение года и определяются на весь год.
Переменные затраты зависят от фонда рабочего времени обо-
рудования и определяются на 1 ч календарного времени и вре-
мени чистой работы. К постоянным эксплуатационным затра-
там относятся амортизационные отчисления, затраты на возме-
щение износа трубопроводов, плата за установленную мощ-
ность высоковольтных электродвигателей, затраты на заработ-
ную плату рабочих, занятых на ремонте оборудования, на за-
пасные части, смазочные и обтирочные материалы, малоцен-
ный инвентарь и спецодежду. К переменным эксплуатационным
затратам относятся затраты на заработную плату рабочих, за-
нятых на обслуживании и ремонте оборудования, начисления
на заработную плату, затраты на возмещение износа малоцен-
ного инвентаря и спецодежды, бил дробилок, на запасные час-
ти и материалы для текущих ремонтов и содержание, плата за
потребляемую электроэнергию, смазочные и обтирочные мате-
риалы.
107
Суммарные капитальные затраты, руб., определяются по
формуле
К = (Кг. к Ко. п Кв. п) кн кп, (4.38)
где Кг. к — затраты на горно-капитальные работы; Ко. п — затраты
по основным производственным процессам; Кв. п — затраты по
вспомогательным процессам; кн — коэффициент, учитывающий не-
учтенные затраты (кц = 1,1); кп — коэффициент, учитывающий
прочие затраты (на оплату услуг строительных, транспортных,
проектных организаций, командировочные и почтовые затраты и
др);
Кг. к = 3„ + Кот Зот, (4.39)
где УК и Кот — объем горно-капитальных работ соответственно
в карьере и на отвале (работы по возведению дамбы первично-
го обвалования), м3; Зк и 30т — затраты на проведение 1 м3 гор-
но-капитальных работ в карьере и на отвале.
В случае разработки рыхлых и полуовальных пород их объ-
ем надо определять раздельно, так как затраты на их удаление
будут различными.
Капитальные затраты, руб., по основным производственным
процессам
Ко.п = Кв + Кд, (4.40)
где Кв и Кд — затраты соответственно на вскрышные и добыч-
ные работы;
К8 = Кз + Кн + Кзем + Кг + Кб + Кт + Кпон + Ккат + Кот + Км + Кдр, (4.41)
где К3, Кн, Кзекь Кг, Кб, Кт, Клон, Ккат> Кот, Км, Кдр затраты со-
ответственно на землесосы, насосы, земснаряды, гидромонито-
ры, бульдозеры, трубопроводы, понтоны, катера, оборудова-
ние на отвале (трубоукладчик, бульдозер, экскаватор, кран) и ус-
тупоподрезающие машины, дробильное оборудование;
Кт = /т Зт,
/т — длина трубопровода, м; Зт — стоимость 1 м трубопровода;
Кд= Жб+Ксф, (4.42)
где D<o6 — затраты на оборудование для добычных работ,
(то же, что и для вскрышных работ); Ко. ф — затраты на обору-
дование для обогатительной фабрики.
108
Затраты, руб., по вспомогательным процессам равны сумме
затрат на подпитку КП0д, объекты административно-хозяйст-
венного обслуживания Ка. х, электроподстанции и электросети
Кэл и ремонтно-складское хозяйство Кр.с, т.е.
Кв. п ~ Кпод Ка. х Кр. с. (4.43)
Капитальные затраты, руб., на трубопроводы
Кт = £т Зт, (4.44)
где Lr—длина трубопровода, м; Зг— стоимость 1 м трубопровода.
Суммарные годовые эксплуатационные затраты, руб.,
С — (Сг. к Со. п -ь Св. п "J" Са. х + Сир) кэ, (4.45)
где Сг. к — затраты на амортизацию горно-капитальных работ;
Со. п — затраты по основным производственным процессам;
Св. п — затраты по вспомогательным производственным про-
цессам; Са. х — затраты на объекты административно-хозяйст-
венного обслуживания предприятия; Спр — прочие затраты;
7сэ — коэффициент, учитывающий неучтенные эксплуатацион-
ные затраты (к? = 1,05).
Годовые эксплуатационные затраты, руб., на вскрышные
работы
Св ” Сраз Сг Сз + Сзем “1“ Сб + Сот Срем Ст, (4.46)
где Сраз — затраты на подготовку вскрышного уступа к размы-
ву; Сг — затраты на гидромониторные работы; С3—затраты на
землесосные работы; С3ем — затраты на работы по земснаряду;
Сб — затраты на бульдозерные работы (уборка недомыва и
вспомогательные работы); Сот — затраты на отвалообразова-
ние; Срем — затраты по ремонту оборудования; Ст — затраты
по обслуживанию трубопроводов.
Годовые эксплуатационные затраты, руб., на добычные ра-
боты
Сд= Xе +со.ф, (4.47)
где £С — затраты на подготовку добычного уступа к размыву,
гидромониторные, землесосные, земснарядные работы; Со. ф —
затраты на обслуживание обогатительной фабрики.
109
Капитальные и эксплуатационные затраты зависят от сис-
темы разработки, наличия процессов обогащения и переработ-
ки полезного ископаемого и способа отвалообразования. По-
этому в указанные выше формулы могут быть введены допол-
нительные капитальные и эксплуатационные затраты (стои-
мость самотечных лотков, экскаваторов, гидроэлеваторов, сме-
сительных устройств, загрузочных аппаратов, дробилок, авто-
погрузчиков и др.).
Формулы (4.38) — (4.47) были получены автором в резуль-
тате анализа работы гидромеханизированных предприятий и
опубликованных материалов.
Глава 5
ПРОЕКТНАЯ МОЩНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ
И ГР А НИЦЫ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РА БОТ
5.1. Особенности проектирования
горного производства
Разработка месторождений полезных ископаемых связана
часто с освоением новых районов, что требует проектирования и
строительства помимо горного предприятия ряда других объектов
(дороги, водоснабжение, линии электропередачи и связи и др.).
Специфической особенностью горного производства явля-
ется непрерывное перемещение рабочих мест в пространстве,
которое усложняет организацию труда и основных производ-
ственных процессов, а следовательно, и их проектирование.
Горные предприятия располагаются там, где имеются за-
лежи полезных ископаемых, т. е. они зависят от географиче-
ских, геологических и климатических условий.
Ведение открытых горных работ, как известно, сопряжено с
нарушением окружающей природной среды. В связи с этим не-
обходимой частью проекта каждого горного предприятия яв-
ляется раздел, посвященный организационным и техническим
мероприятиям по уменьшению вредного воздействия горного
производства на окружающую среду и восстановлению перво-
начальных природных условий.
5.2. Режим работы и проектная мощность
предприятия (карьера)
Для правильного расчета технико-экономических показателей
работы горного предприятия необходимо определить оптималь-
ный режим работы карьера. Различают годовой и суточный ре-
жимы работы. Режимы работы предприятия, трудящихся и обо-
рудования могут совпадать и не совпадать. В зависимости от это-
го изменяется коэффициент списочного состава трудящихся.
Годовой режим работы предприятия может быть прерыв-
ным и непрерывным. При непрерывном режиме производст-
венный процесс останавливается лишь в праздничные дни и по
климатическим условиям.
Ill
При непрерывном режиме работы число рабочих дней со-
ставит:
для шестидневной недели 357 -52+7,
для пятидневной недели 357 - 104 + 7,
где 7 — число праздничных дней, совпадающих с выходными
днями в расчетном году.
Суточный режим определяется числом рабочих смен и их
продолжительностью. Продолжительность смен устанавливает-
ся из принятого режима работы предприятия или подразделе-
ния на основе регламентированной законом продолжительно-
сти рабочей недели трудящихся. Режимы работы отдельных це-
хов и участков могут не совпадать между собой.
Основным годовым режимом работы карьера следует счи-
тать прерывный режим. Данный режим обеспечивает соответст-
вие годового режима работы предприятия режиму работы тру-
дящихся и является наиболее целесообразным. Однако при тех-
нологической необходимости или экономической целесообраз-
ности допускается применение и непрерывного режима работы.
При определении производственной мощности предприятия
проектировщикам приходится решать целый комплекс задач:
• определение производственной мощности в зависимости
от горно-геологических условий;
• обоснование производственной мощности в зависимости
от применяемого оборудования;
• определение производственной мощности в зависимости
от качества полезного ископаемого и возможности его сбыта в
условиях конкуренции на внутреннем и внешнем рынках (при
условии безубыточности и прибыльности предприятия);
• обоснование производственной мощности с учетом эко-
номических факторов;
• обоснование порядка отработки с целью достижения (обе-
спечения) возможной добычи полезного ископаемого.
В самом начале проектирования необходимо установить воз-
можную производственную мощность в соответствии с горно-
геологическими условиями.
Так, например, при проектировании разработки железоруд-
ного месторождения необходимо, как правило, установить мак-
симально возможную производительность по сырой руде, а за-
тем и по конечной продукции — товарной руде (концентрат,
окатыши или богатая дробленая руда).
112
При установлении проектной производственной мощности
необходимо также учитывать возможность дальнейшего рас-
ширения предприятия до технически допустимых пределов.
Основными факторами, ограничивающими производитель-
ность карьера как по полезному ископаемому, так и по вскры-
ше, являются провозная способность транспортных коммуника-
ций, интенсивность развития горных работ, число и производи-
тельность экскаваторов.
Провозная способность транспортных коммуникаций ог-
раничивает объем выдаваемой из карьера горной массы и по-
лезного ископаемого. Годовая производительность карьера по
горной массе, м3, исходя из условия провозной способности
транспортных коммуникаций, определяется по формуле
Пг. м = Nr М,
(5.1)
где М — число грузотранспортных потоков из карьера; М —-
годовая производительность (провозная способность) грузо-
транспортного потока, м3.
При железнодорожном транспорте число капитальных
траншей и число железнодорожных станций на карьере средней
мощности, как правило, не более одной, на мощном карьере —
не более двух. На современных карьерах сменная пропускная
способность одноколейных траншей и простых съездов, двух-
колейных траншей и сложных съездов и карьерных железнодо-
рожных станций равна соответственно 15—20, 50—60 и
200—250 пар поездов. При заданной грузоподъемности состава
nq (где п — число вагонов в составе; q — грузоподъемность ва-
гона) и известной пропускной способности N сменная провоз-
ная способность грузотранспортного потока
Мс = (N/f) nq,
(5.2)
где f = 1,2*1,25 — коэффициент резерва провозной способности.
При автомобильном транспорте число грузотранспортных
потоков на верхних горизонтах при строительстве карьеров мо-
жет быть большим, но для нижних горизонтов (с глубины 30—
40 м) оно составляет не более 2—3. Пропускная способность
автомобильного съезда или траншеи с двухполосным движени-
ем в обычных климатических условиях составляет 200—250 пар
автосамосвалов в час. В северных районах она ниже. Пропуск-
нз
ная способность карьерных автодорог ограничивается усло-
виями безопасности движения и определяется по формуле
W=(1000 К»п/£б)/сн, (5.3)
где N — число автосамосвалов, проходящих в единицу времени
в одном направлении; Га — скорость движения автосамосва-
лов, км/ч; Мп — число полос движения в одном направлении; к»
— коэффициент, учитывающий неравномерность выхода авто-
самосвалов с уступных дорог на главную; Lq — минимальное
безопасное расстояние между движущимися друг за другом ав-
тосамосвалами, м (зависит от расстояния видимости, тормозно-
го пути и скорости движения; для средних условий Lq = 50-5-60 м).
Интенсивность развития горных работ на наклонных и
крутых залежах характеризуется скоростью понижения горных
работ, а на пологих и горизонтальных залежах — скоростью
подвигания фронта работ.
Годовая производительность карьера по полезному иско-
паемому, м3, по условию интенсивности развития горных работ
приближенно определяется следующим образом:
_ЙД(1-П)
^р/---j~3p >
(5.4)
где hj — скорость понижения горных работ в i-м периоде рабо-
ты карьера, м/год; S, — площадь полезного ископаемого в гра-
ницах рабочей зоны в i-м периоде, м2; Р = (а - а')/а — разубо-
живание полезного ископаемого; а и а'— содержание полезного
компонента (металла) в массиве и после рыхления соответствен-
но; П = 1 -Да/(7а) — потери полезного ископаемого; Д и Z —
добытый объем полезного ископаемого и балансовые запасы
соответственно.
На карьерах скорость понижения горных работ зависит от
способа подготовки новых горизонтов и степени механизации ра-
бот по проведению траншей и составляет 7—10 и 12—18 м/год
и более соответственно при железнодорожном и автомобиль-
ном транспорте.
Скорость углубки карьера, м, зависит от скорости подви-
гания фронта работ и должна удовлетворять условию
114
h < F/(ctg yp + ctg a),
(5.5)
где V — скорость подвигания фронта работ, м/год; уР — угол
наклона рабочего борта; a — угол направления углубки.
Для горизонтальных и пологих залежей годовая производ-
ственная мощность карьера по полезному ископаемому опре-
деляется по формуле
л _Ипт£дуп(1-П)
Ап 1-Р
(5.6)
где Рп — скорость подвигания фронта работ по полезному ис-
копаемому, м/год; т — мощность пласта полезного ископа-
емого, м; — протяженность фронта добычных работ, м; уп —
плотность полезного ископаемого, т/м3.
Скорость подвигания фронта добычных работ Кп, м/год, не
может превышать скорость подвигания фронта вскрышных ра-
бот Гв, которая обычно не зависит от числа вскрышных экскава-
торов и их производительности. При внутреннем отвалообра-
зовании без применения транспорта должно соблюдаться условие
К = Кв, а годовая скорость подвигания фронта вскрышных ра-
бот, м,
К = Лэ/(Яв LB), (5.7)
где Пэ — производительность вскрышного экскаватора, м3/год;
Нв — высота вскрышного уступа, м; £в — протяженность фрон-
та вскрышных работ, м.
При внешнем отвалообразовании годовая скорость подви-
гания фронта вскрышных работ, м,
К = ПЭ/(НВ /б), (5.8)
где /б — длина экскаваторного блока, м.
После окончательного выбора производственной мощно-
сти предприятия по полезному ископаемому приступают к оп-
ределению объема породы и суммарной производительности по
горной массе (полезное ископаемое + вскрышная порода), ко-
торая характеризует масштаб производства. В проектной прак-
тике эта операция называется «Составление календарного пла-
на горных работ».
В процессе календарного планирования устанавливается ра-
циональное распределение объемов горной массы во времени.
115
При составлении календарного плана горных работ исход-
ными данными служат:
• запасы породы в границах карьера по эксплуатационным
слоям;
• принятая производственная мощность карьера;
• выбранный порядок отработки запасов карьерного поля
и всего месторождения;
© основные параметры и показатели принятой системы раз-
работки;
• принятая схема вскрытия и вид внутрикарьерного транс-
порта.
При применении на карьерах средств гидромеханизации
годовой режим работы в большинстве случаев принимается се-
зонный, при котором в зимний период выполняются ремонт-
ные работы (средний и капитальный ремонт). Суточный режим
работы предприятия, как правило, трехсменный. При сезонном
режиме число рабочих дней в году принимается в зависимости
от температурной зоны.
По классификации Единых норм выработки (1971 г.) ори-
ентировочное число рабочих дней для различных температур-
ных зон следующее.
Температурная зона... I П III
Ориентировочное число
рабочих дней......... 230—260 190—230 170—190
(Кавказ РФ) (Ставропольский и (Юг Западной Сиби-
Краснодарский края) ри, Дальнего Востока)
Температурная зона... IV V VI
Ориентировочное число
рабочих дней......... 150—170 135—150 125—135
(РФ без (Северные районы (Тюменская, Якут-
Юга) РФ, Красноярский ская, Магаданская
край) области)
Для угольных карьеров Дальнего Востока и Кузбасса, где
работа гидромеханизированного вскрышного участка прини-
мается сезонной, продолжительность рабочего периода, ч, оп-
ределяется по формуле
Тр = Тг - (Трем + Тпр + Тп. 3 + Гн. о), (5.9)
где Тг — годовой фонд времени с учетом безморозных дней, ч;
Трем — сезонное время ремонта, ч; Тпр — время праздничных
116
дней, ч; Тп. 3 — время подготовительных и заключительных ра-
бот, ч; Тн. о — время непредвиденных остановок, ч.
Однако продолжительность рабочего периода может быть
продлена по причине увеличения числа безморозных дней или
принятых специальных мер по продлению сезона.
При разработке полускальных пород с использованием по-
лустационарных гидротранспортных установок и промежуточ-
ного автомобильного транспорта затраты рабочего времени на
передвижку оборудования практически отсутствуют, так как
все монтажные и демонтажные работы будут осуществляться в
зимнее время.
Производительность гидроучастка на вскрышных работах
четвертичных отложений (породных уступах) угольных и руд-
ных карьеров зависит от скорости подвигания фронта работ Гф. п
(м/год) на нижерасположенных уступах полускальных пород и
высоты рабочей зоны ЯР. 3 (м) на рыхлых отложениях (мощно-
сти рыхлых отложений). Годовая производительность гидроме-
ханизации Wp (м3) на породных уступах должна обеспечивать
бесперебойную работу круглый год на нижерасположенных ус-
тупах, т. е. на уступах экскаваторного способа разработки. Это
значит, что скорость подвигания фронта работ на рыхлых отло-
жениях Гф. р должна быть больше Кф. п на величину, учитываю-
щую сезонность работы гидромеханизации:
ЖР = £рГф.рЯР.з, (5.10)
где £р — длина фронта работ на рыхлых отложениях, м;
ГФ.р= Гф.пр, (5.11)
где р — коэффициент, учитывающий сезонность работы гидро-
механизации.
Число рабочих дней в году. 100 150 200 250 300 350
Коэффициент сезонности р.. 3,6 2,4 1,76 1,4 1,23 ~1
При гидромеханизированном способе разработки гравий-
но-песчаных и песчаных месторождений режим работы карьера
должен соответствовать режиму работы сортировочного заво-
да. На таких предприятиях для определения годового фонда
рабочего времени коэффициент использования оборудования
принимается в зависимости от содержания гравия в гравийно-
117
песчаной массе. При применении земснарядов коэффициент ис-
пользования оборудования следующий.
Содержание гравия, % .............. 5 5—20
Коэффициент ..................... 0,7 0,65
20—40 40—60
0,6 0,52
При проектировании гидромеханизированных карьеров с
режимом, не соответствующим режиму завода, следует прини-
мать сезонный режим работы при непрерывной рабочей неделе
в три смены. Продолжительность смены — 8 ч. Коэффициент
использования оборудования — 0,85. Число рабочих смен в не-
делю — 17. Число ремонтных смен — 4. В случае сезонной ра-
боты карьера и круглогодовой работы завода фонд рабочего
времени завода принимается равным 6075 ч при числе рабочих
смен в неделю 15 и продолжительности смены 8 ч.
Годовая производительность гравийно-песчаных и песча-
ных заводов при гидромеханизированном способе добычи гор-
ной массы должна соответствовать утвержденным мощностям
и составлять 500, 1000 и 2000 тыс. м3 готовой продукции.
При определении производственной мощности песчано-гра-
вийных карьеров следует учитывать, что эти предприятия яв-
ляются не только горнодобывающими, но и горноперерабаты-
вающими. Карьер должен обеспечивать перерабатывающий
цех (фабрику сортировочную) таким количеством горной мас-
сы, которое соответствует его производительности (500, 1000,
2000 тыс. м3). Следовательно, производственную мощность карь-
ера необходимо устанавливать в зависимости от номенклатуры
выпускаемой продукции и геологических данных, выхода раз-
личных фракций и технологических параметров основного обо-
рудования (коэффициент извлечения, точность грохочения, нали-
чие слабых разностей и т. п.).
Режим работы драг зависит не только от затрат, связанных
с горными работами, но и от количества добываемого металла.
Это объясняется тем, что некоторое увеличение себестоимости
в зимнее время допустимо, если увеличение прибыли может быть
получено за счет прироста годового намыва металла. В основ-
ном работы на драгах ведутся круглосуточно в три смены с не-
прерывной неделей, а в холодное время производят ремонтные
работы. С целью проведения планово-предупредительных ре-
монтов во время рабочего сезона драги останавливают два
раза в месяц (1—2 смены или 1—2 сут). Крупные и средние драги
118
могут работать и зимой, но на талых россыпях. Затраты на до-
бычу в это время увеличиваются. Если зимняя работа экономи-
чески целесообразна, то число рабочих дней в году зависит от
продолжительности зимнего ремонта драги. При четкой орга-
низации ремонтных работ средний ремонт драги производят за
14—20 дней. Если зимняя работа экономически невыгодна, то
средние и крупные драги во второй половине декабря останав-
ливают. Рабочий сезон драг начинается в марте — апреле.
Продолжительность чистой работы электрических драг в
течение суток составляет 18,5—20,5 ч, для драг с отсадочными
машинами она меньше на 0,5—0,7 ч.
На россыпных месторождениях производительность карье-
ра в значительной степени зависит от запасов месторождения и
потребности страны в металле. Кроме того, необходимо еще
учитывать условия залегания россыпи, экономическое и графи-
ческое положение района и др.
При установлении годовой производительности предвари-
тельно определяют экономически наивыгоднейшую производи-
тельность, а также наибольшую возможную годовую произво-
дительность исходя из горно-геологических условий. Под эко-
номически наивыгоднейшей производительностью понимают
производительность, при которой себестоимость добычи пес-
ков и металла будет наименьшей.
Обычно для предприятий, разрабатывающих россыпи, эко-
комически наивыгоднейшую производительность определяют уп-
рощенно, исходя из нормального срока существования пред-
приятия. За нормальный срок существования предприятия при-
нимается срок погашения основных капитальных вложений,
вкладываемых в предприятие. Например, для предприятий, на
которых используются электрические драги, нормальный срок
существования карьера находится в пределах 15—30 лет.
Необходимо учитывать, что запасы на россыпях разведы-
ваются с малой точностью и заранее установить срок отработ-
ки месторождения можно только приближенно. Поэтому уста-
новление годовой производительности предприятия на основа-
нии соблюдения нормального срока существования для боль-
шинства месторождений, разведанных с небольшой точностью,
является приемлемым.
При выборе нормального срока существования предприя-
тия необходимо принимать во внимание еще следующее. Для
119
северных районов, где заработная плата повышена, а также
значительные цеховые и общеприисковые расходы, целесооб-
разно россыпь отработать в короткие сроки, применяя высоко-
производительное оборудование.
5.5. Продление сезона работы
гидромеханизации в зимних условиях
Общие сведения о работе гидромеханизации
Использование гидромеханизации в зимних условиях сокра-
щает сроки строительства, уменьшает административно-хозяй-
ственные расходы (в годовом балансе) и расходы, связанные с
зимней консервацией оборудования. В связи с этим, несмотря на
некоторое повышение стоимости единицы разрабатываемого
грунта зимой, общая стоимость работ снижается.
Производство работ методом гидромеханизации в зимнее
время должно быть обосновано технико-экономическим расче-
том. При этом необходимо выполнить ряд теплотехнических
расчетов и провести некоторые технологические и организаци-
онные мероприятия, обеспечивающие успешное проведение ра-
бот.
К организационным мероприятиям относится в первую оче-
редь составление специального проекта организации производ-
ства работ в зимних условиях. Такой проект является дополне-
нием к проекту летнего сезона. В него должны входить порядок
разработки карьеров, все необходимые мероприятия по утеп-
лению, порядок намыва и т. д.; все расчеты следует проводить с
учетом теплотехнических характеристик грунтов.
К основным технологическим мероприятиям, обеспечиваю-
щим успешное применение гидромеханизации в зимних услови-
ях, относятся следующие:
• проведение мероприятий по предохранению от промер-
зания грунтов в карьерах, предназначенных для разработки в
зимнее время, и подготовка оборудования для разработки и
транспортирования грунта при отрицательных температурах;
• обеспечение утепления пульповодов и устройств на них
выпусков гидросмеси при возможных длительных перерывах в
подаче гидросмеси;
• проведение мероприятий, обеспечивающих содержание
майн при земснарядах незамерзающими;
120
• строгое выполнение всех мероприятий, обеспечивающих
намыв грунта в тело сооружений без замыва больших массивов
льда и значительно промерзшего грунта.
Кроме того, целесообразно иметь график, составленный
заранее путем соответствующих теплотехнических расчетов и
показывающий, какой толщины слой промерзшего грунта, при
какой температуре воздуха и гидросмеси, в течение какой про-
должительности последующего намыва растает под слоем на-
мытого грунта.
Проведение перечисленных и других организационных и
технологических мероприятий способствует успешному и рен-
табельному производству зимних работ методом гидромехани-
зации.
Работа гидромониторно-землесосных
комплексов
При разработке грунта гидромониторами в зимних услови-
ях увеличивают напор струи у насадки на 30—50 % против лет-
него. Подвигание забоя должно быть не менее 0,2 м/ч при ши-
рине проходки не более 12 м. Шаг передвижки гидромонитора
уменьшают, число передвижек увеличивают. Уклоны пульпо-
приемных канав в зимнее время должны быть более крутыми,
чем в теплое время (табл. 5.1).
Продолжительность технологических или аварийных пере-
рывов в работе должна быть минимальной; размыв грунта в за-
бое следует начинать сразу же после его обрушения (табл. 5.2).
'Габмща 5.1
Уклоны пульпоприемных канав при работе в зимнее время
Грунт Водопроизводительность гидромонитора, м3/ч (л/с)
360(100) 720(200) 1080 (300)
Песок 0,048 0,043 0,040
Супесь 0,045 0,041 0,088
Суглинок: легкий 0,042 0,038 0,035
тяжелый 0,038 0,033 0,027
Глина: полужирная 0,33 0,028 0,022
жирная 0,30 0,026 0,020
121
Водоснабжение гидроустановок, В отличие от традицион-
ных представлений о режиме работы центробежных насосов в
сети с водоводами гидравлическая характеристика оледенев-
ших водоводов имеет вогнутую форму с минимумом потерь
напора при некотором расходе. При этом увеличение гидрав-
лических потерь напора объясняется интенсивным обледенени-
ем труб при малом расходе пропускаемой воды, т. е. уменьше-
нием площади живого сечения. В зимний период трудно обеспе-
чить непрерывность работы водоводов. После прекращения по-
дачи воды на внутренних стенках наполненных труб неизбежно
намерзает некоторый слой льда. В этом случае избежать ава-
рийной ситуации возможно при соблюдении следующих тре-
бований. Продолжительность нахождения наполненных труб без
движения воды не должна превышать расчетного времени. До
стабилизации теплового режима останавливать водовод нельзя
(стабилизация наступает после подачи примерно 20-кратного
объема воды, заключенного в трубопроводе). Вся фасонная ар-
матура (вентили, температурные компенсаторы и др.) должна
быть утеплена.
В периоды с неустойчивой температурой воздуха водоводы
должны опорожняться сразу после остановки. С целью преду-
преждения разрыва труб из-за изменения их длины при пониже-
Таблица 5.2
Максимальная продолжительность перерывов, ч, в работе гидромонитора
Грунт Температура воздуха, °C
<-10 -10...-20 -20...-40
Продолжительность перерывов из условия недопустимости
образования мощного слоя мерзлоты в забое
Глина 4(2) 3(1,5) 0,5 (0,2)
Суглинок 5 (2,5) 4(2) 0,7 (0,3)
Супесь 8(4) 6(3) 1 (0,5)
Песок 16(8) 12(6) 2(1)
Продолжительность перерывов между обрушением талого грунта в забой и началом его размыва
Связный грунт 24(12) 18(9) 3(1,5)
Несвязный грунт 36(18) 24(12) 6(4)
Примечание. В скобках указана продолжительность перерывов при сильном ветре.
122
нии температуры воздуха трубопроводы должны иметь темпера-
турные компенсаторы.
Подготовка пород к размыву. Эффективность размыва по-
род в зимний период в значительной степени зависит от вели-
чины промерзания рабочей площадки уступа. При этом про-
цесс промерзания сопровождается изменением физико-механи-
ческих свойств пород. В результате на поверхности образуется
монолитная масса, трудно поддающаяся разрушению. После
подмыва подстилающей талой породы мерзлый слой сначала
нависает в виде козырьков, а затем отдельными глыбами обру-
шивается в забой, перекрывая талые породы и затрудняя ма-
неврирование гидромониторами.
Для облегчения разработки пород в зимний период прово-
дят одно из следующих подготовительных мероприятий: с осе-
ни предохраняют породу от промерзания, оттаивают мерзлый
слой породы, разрыхляют мерзлоту. Предохранять поверхность
уступов от промерзания можно путем замедления процесса
промерзания пород, что достигается уменьшением теплопро-
водности пород их рыхлением в осенний период, применением
теплоизоляционных покрытий, засолением пород. Рыхление по-
род тракторными рыхлителями эффективно для участков карь-
ера, разрабатываемых в первые 1—1,5 мес. зимнего периода. Для
участков, подлежащих разработке в более позднее время, целе-
сообразно применять утепление. В качестве утеплителей можно
использовать снег, сухой торф, хвою, опилки и др. При выборе
способа утепления необходимо учитывать наличие теплоизо-
ляционных материалов, их стоимость, дальность доставки. На-
иболее простым и дешевым является способ утепления снегом.
Для задержания снега используют переносные щиты, плетни,
снежные валы и срубленные ветки. Просветленность перенос-
ных щитов принимается равной 60—70 %, что обеспечивает низ-
кую и пологую форму образуемого снежного вала.
В качестве утеплителя применяют также искусственный снег,
получаемый путем распыления воды на капли, которые при за-
мерзании образуют пористый снег. В настоящее время искусст-
венный снег находит широкое применение в Канаде для предо-
хранения грунтовых плотин гидроузлов в процессе их возведе-
ния. Утепление недренирующей поверхности успешно может быть
осуществлено устройством льдовоздушного покрытия. Сущ-
ность этого способа заключается в следующем. Поверхность,
123
намечаемая к утеплению, обваловывается небольшими дамбами
высотой около 1 м. В обвалованном пространстве в шахматном
порядке на расстоянии 1—1,5 м забивают колья. При наступле-
нии заморозков обвалованное пространство заливается водой
на высоту 0,7—0,8 м. Когда слой льда достигает толщины 10—
12 см, уровень воды в обвалованном пространстве понижается
на 5—10 .см, и операция по намораживанию льда повторяется.
Число слоев льда должно быть не менее трех. Льдовоздушное
утепление предохраняет от промерзания. По мере подвигания
фронта работ лед скалывается, для предохранения утепленного
участка от попадания холодного воздуха после скола льда про-
изводится засыпка скалываемой полосы снегом или другим
утеплительным материалом.
На некоторых карьерах для утепления верхней площадки
уступа применяют быстротвердеющую пену, в состав которой
входят мочевиноформальдегидные смолы (40—50 % по объему),
пенообразователь ПО-1 (4—5 %), соляная кислота (3—4 %), во-
да и воздух (40—50 %).
Промерзание откоса уступа зависит в основном от свойств
породы, времени промерзания, силы и направления ветра. При-
мерная продолжительность остановки работ без опасения об-
разования на поверхности откоса трудноразмываемого мерзло-
го слоя в глинистых и суглинистых породах при высоте уступа
8—16 м характеризуется следующими данными.
Температура воздуха, °C Продолжительность
остановки,сут
До-10 (без ветра)........................... 4
То же (при сильном ветре)................... 2
От -10 до -29 (без ветра) .................. 3
То же (при сильном ветре)................... 1,5—2
Предохранение уступа от промерзания возможно путем за-
соления породы раствором NaCl или СаС1. Для проведения это-
го мероприятия требуется разрешение соответствующих орга-
нов охраны природы. Засоление талой породы возможно рав-
номерной посыпкой соли на поверхности перед осенними дож-
дями, перемешиванием верхнего слоя с солью, разливом рас-
твора в лунки глубиной 10—20 см. Предпочтение следует отда-
вать перемешиванию соли с верхним слоем породы. В этом слу-
чае работы ведут в такой последовательности. Бульдозером
124
снимают растительный слой и планируют поверхность. Вы-
гружают соль и разравнивают ее бульдозером. Перемешивают
верхний слой породы с рассыпанной солью на глубину 15—25 см
путем вспахивания или рыхления. Эта операция позволяет пре-
дохранить соль от частичного вымывания выпадающими осадка-
ми и способствует более равномерному засолению пород. Засо-
ление рекомендуется проводить за 2—4 недели до заморозков.
Для оттаивания мерзлой породы применяется электроотта-
ивание (низко- и высоковольтное, высокочастотное), оттаива-
ние при помощи специальных тепляков, горелок, паровых или
водяных игл, радиационное оттаивание горячим раствором соли,
заливаемым в скважины или шпуры после очистки поверхности
от снега и льда.
Размыв пород гидромониторами. Глинистые талые породы
средней влажности, обрушенные на нижнюю площадку уступа,
интенсивно промерзают при температуре воздуха ниже -25 °C.
Смыв таких пород, подверженных промерзанию в течение 1,5 сут
при температуре до -15 °C, больших осложнений не вызывает.
Вода, попадая в талую породу или между глыбами мерзлой по-
роды, быстро замерзает, образуя наледи, которые затем труд-
но размывать. Образование наледей происходит при отделении
капель воды от струи гидромонитора, разбрызгивании струи в
результате сильного ветра или же при ударе струи о замерзшую
породу. При температуре воздуха от -15 до -20 °C толщина
слоя наледи достигает 8 см. При температуре воздуха от -20
до -30 °C толщина слоя наледи возрастает до 25 см. Установ-
лено, что наледь, образующаяся при размыве пород, имеет вна-
чале слабую кристаллическую структуру. В дальнейшем через
2—3 сут она упрочняется и размывается с большим трудом.
Поэтому наледи должны размываться в начале процесса кри-
сталлизации льда.
Для уменьшения глубины промерзания породы в забое су-
точное подвигание фронта работ должно быть не менее 2 м.
Размыв пород в зимний период состоит в следующем. Под-
резку пород следует производить с таким расчетом, чтобы об-
рушенный объем пород легко смывался тем же гидромонитором
в течение 1—2 смен. В забоях, где наблюдаются сильные ветры, с
подветренной стороны необходимо устанавливать щиты для
уменьшения разбрызгивания струи, так как водяные брызги спо-
собствуют росту наледей. При подрезке следует избегать скоп-
125
ления воды на нижней площадке уступа. Она ослабляет удар-
ную силу струи и, смерзаясь на поверхности породы, затрудня-
ет ее размыв. В зимний период напор воды на насадках гидро-
мониторов необходимо повышать на 15—20 %. Подрезку отко-
сов уступа следует вести с таким расчетом, чтобы обеспечить
равномерное перемещение всего фронта работ. При смыве об-
рушенной породы необходимо струю направлять таким обра-
зом, чтобы она не скользила по поверхности навала, так как в
этом случае эффективность смыва снижается и образуются нале-
ди. Струя воды должна работать на срез. Не рекомендуется при
смыве обрушенной породы часто менять направление струи
гидромонитора, так как это приводит к оставлению части воды
в навале несмытой породы, которая, замерзая, затрудняет
дальнейший размыв. Кроме того, при такой работе образуются
наледи за счет разбрызгивания струи гидромонитра. Смыв по-
роды следует проводить так, чтобы струя производила пульпо-
образование в одном месте и пульпа концентрированным по-
током направлялась к пульпоприемной канаве. Все соединения
на гидромониторе не должны пропускать воду, так как выте-
кающая вода, замерзая, ограничивает его подвижность. Для
спуска воды из гидромониторов устанавливают специальные
ниппели. Шаровой шарнир и соединения гидромонитора долж-
ны прикрываться брезентовым фартуком для защиты от брызг
при случайном прорыве прокладок. Транспортирование пуль-
пы от места размыва к зумпфу следует производить наиболее
работоспособным концентрированным потоком.
Гидротранспорт. В зимний период рекомендуется утеплять
пульповоды. Учитывая относительно малый срок службы пуль-
поводов, утеплять их рекомендуется наиболее дешевыми спосо-
бами (например, снегозадержанием при помощи щитов или на-
двиганием снега бульдозером). В районах с небольшим покро-
вом снега целесообразным является утепление пульповодов пу-
тем намораживания льда на наружных стенках с помощью гиб-
ких шлангов с распылительными головками. Особенно небла-
гоприятные условия эксплуатации пульповодов возникают из-
за прерывного характера движения гидросмеси. При этом мо-
жет возникнуть внутреннее оледенение пульповодов.
Во время перерывов в работе пульповодов гидросмесь ин-
тенсивно замерзает. Для предотвращения полного замерзания
пульповодов перерывы в их работе без опорожнения не долж-
ны превышать определенной продолжительности. В случае ча-
126
стачного промерзания гидросмеси применяется обогревание
промерзших мест трубопровода движущейся водой и теплоак-
тивной смесью, а также электрооттаивание замерзших участ-
ков труб.
Гидроотвалообразование, Гидроотвалообразование в зим-
ний период значительно осложняется в результате образования
льда на поверхности гидроотвалов.
Различают технологическую и сезонную мерзлоту. Мерзло-
та, кратковременно образующаяся в процессе намыва, называ-
ется технологической. Мерзлота, которая образуется на поверх-
ности гидроотвалов и по их бортам во время перерыва в намы-
ве, называется сезонной.
Известно, что физические процессы промерзания и оттаи-
вания пород по интенсивности и характеру протекания нерав-
номерны в пределах участка намыва. Это обусловлено разной
интенсивностью инфильтрации воды из-за продольного фрак-
ционирования горной массы, изменением теплосодержания гид-
росмеси при ее движении по пляжу и другими факторами^ В ре-
зультате на поверхности гидроотвалов может образовываться
технологическая мерзлота. Мощность слоев мерзлой породы на
гидроотвалах зависит от продолжительности технологических
перерывов и климатических условий в момент перерывов.
Характер и интенсивность образования слоистой мерзлоты
обусловлены в основном отклонениями от технологических ре-
жимов укладки: холостыми прокачками воды без ее отвода с
участков намыва, часто повторяющимися перерывами в намы-
ве с предварительной промывкой труб водой и др.
К гидроотвалообразованию предъявляются следующие тре-
бования:
• укладку породы необходимо начинать до заморозков на
непромерзшее основание;
• промерзшая порода убирается до талой породы;
• гидросмесь должна подаваться без длительных переры-
вов (рекомендуется для намыва одного участка использовать не
менее двух гидроустановок);
• участок намыва должен обваловываться талой породой;
• гидросмесь в зоне намыва следует сбрасывать по возмож-
ности ближе к дамбе обвалования и с повышенной консистен-
цией.
127
При подводном намыве породы укладываются преимуще-
ственно под лед торцевым способом. В надводную часть на-
мывных сооружений и сооружений, возводимых на сухом осно-
вании, породы укладываются по двусторонней или односторон-
ней схеме. В зимний период подводный торцевой намыв про-
изводится путем подачи гидросмеси под лед через проруби.
Этот способ может быть рекомендован для укладки пород в
подводные отвалы.
Минимально допустимая толщина льда, с которого осуще-
ствляется намыв, устанавливается из условий техники безопас-
ности при работе на льду ледорезных машин и транспортно-
кранового оборудования. Пульповод укладывается на поверх-
ности льда по деревянным лежням.
Работа земснарядов
Работы в зимних условиях выполняют по специальному про-
екту производства работ с обоснованием его технико-эконо-
мическим расчетом. Минимально допустимая температура возду-
ха определяется технологией производства работ, применяемым
оборудованием, местными условиями и составляет, как прави-
ло, не ниже -15...-20 °C.
Для работы в зимних условиях следует отводить участки
карьера с песчаными грунтами, не засоренными пнями, валу-
нами, без глинистых и сцементированных прослоек с макси-
мальной высотой подводного и надводного забоев, вблизи от
берега и места укладки грунта. Дренирующие песчаные грунты
обеспечивают хорошую подпитку карьера грунтовыми водами.
Подготовительные работы выполняют заблаговременно,
до наступления морозов. Осенью удаляют растительный слой,
вскрышу. Для предохранения карьера от недопустимого по ус-
ловиям работы земснаряда промерзания следует проводить
вспашку грунта на глубину 20—30 см, снегозадержание, уст-
ройство льдовоздушного покрытия, рыхление мерзлого грунта и
т. д. Пульпопроводы выравнивают в вертикальной плоскости с
приданием им уклона, необходимого для опорожнения их через
выпуски, проверяют герметичность стыков и т. д.
Первичное обвалование максимально возможной высоты
должно быть выполнено до наступления морозов. В зимнее вре-
мя дамбы обвалования возводят из талого грунта. Земснаряд и
другие установки, а также пульпопроводы утепляют.
128
Вскрытие ледяного покрова осуществляют механическим
(разработка льда вручную, ледорезными машинами, вспомога-
тельным ледокольным судном, корпусом земснаряда и т. д.), теп-
ловым или смешанным (струей воды и др.) способами.
Майну обычно поддерживают постоянной циркуляцией во-
ды потокообразователями — агрегатами, действующими по прин-
ципу низконапорных осевых насосов. Наибольшее применение
имеют потокообразователи конструкции ЗАО «Компания «Транс-
гидромеханизация» (типа ПО-2200) с цилиндрическим проточ-
ным узлом и конструкции Новосибирского отделения ВНИИ
транспортного строительства (СибЦНИИС) с раструбным вхо-
дом воды (ПО-3500) (табл. 5.3).
Ширина майны вокруг земснаряда и звеньев плавучего пуль-
попровода должна быть не меньше их пятикратной ширины.
Таблица 5.3
Техническая характеристика потокообразователей
Показа гели Тип потокообразователя
ПО-1000 ПО-2200 ГЮ-3500
Водо пр оиз во дител ь i (ость, м 3/ч 1200 2200 3500
Мощность электропривода, кВт 14 28 40
Частота вращения гидравлического вин- та, об/мин 940 940 735
Выходная скорость струи, м/с 5 5,1 4,2
Диаметр среза сопла, мм 310 430 515
Масса, т 1,5 2,4 3,0
Работа многочерпаковых драг
В последнее время все шире разрабатываются сложные по
составу россыпи, расположенные в труднодоступных малоосво-
енных районах с суровыми климатическими условиями. В связи
с этим приобретают важное значение вопросы определения ра-
циональной продолжительности дражного сезона, которые тре-
буют тщательного обоснования с целью обеспечения высоких
технико-экономических показателей работы драг.
Рациональная продолжительность дражного сезона и эф-
фективность добычных работ зависят от технического состоя-
ния драги, качественной характеристики и степени подготов-
ленности промышленных запасов к выемке, системы водоснаб-
жения дражного разреза и климатических условий. В зависимо-
129
сти от преобладающего влияния того или иного фактора про-
должительность дражного сезона практически может быть стро-
го ограничена по техническим соображениям. Так, ограниче-
ние может быть установлено по климатическим условиям (на-
пример, по критической температуре воздуха, при которой с
точки зрения хладостойкости конструктивных элементов не обе-
спечивается безопасная эксплуатация драги и дальнейшее про-
дление дражного сезона недопустимо). Важным фактором яв-
ляется мощность драги. Так, драги большой мощности способ-
ны работать продолжительное время при весьма низкой темпе-
ратуре воздуха. Многочисленные наблюдения за работой драг
в различные периоды показывают, что необоснованное про-
дление дражного сезона не всегда позволяет достичь высокого
экономического эффекта. Это объясняется тем, что эксплуата-
ционные затраты при температуре ниже -20 ... -25 °C резко
увеличиваются, а годовая производительность драги по добыче
металла увеличивается незначительно. В результате среднесуточ-
ный намыв металла за год уменьшается, а его себестоимость воз-
растает. Поэтому задача определения рациональной продол-
жительности дражного сезона для каждого россыпного района
с целью снижения эксплуатационных затрат и увеличения объ-
ема добычи металла является весьма актуальной.
Сравнение показателей работы драг ранней весной и позд-
ней осенью с показателями в летние месяцы показывает, что
при надлежащей подготовке полигонов более рационально про-
длевать дражный сезон за счет раннего весеннего периода. На-
чало дражного сезона в каждом конкретном случае должно ус-
танавливаться на основе всесторонних технических и экономи-
ческих расчетов. В практике имели место случаи, когда необос-
нованное продление дражного сезона вызывало увеличение се-
бестоимости металла, полученного за дополнительные сутки ра-
боты драг, в 2,5 раза. В связи с этим в северных районах следует
стремиться к продлению дражного сезона за счет более раннего
пуска драг, так как в этом случае ежедневное увеличение тем-
пературы воздуха будет в значительной степени способствовать
повышению эффективности работы драг. Целесообразность про-
дления дражного сезона за счет осенне-зимнего периода, когда
температура воздуха снижается ниже -25 ... -30 °C, должна
быть в каждом конкретном случае обоснована с учетом осо-
бенностей россыпи, надежности конструктивных элементов и с
130
точки зрения износа и холодостойкости, условий водоснабже-
ния разреза и возможности удаления образующихся в разрезе
шуги и льда.
Дражный сезон обычно начинается с наступлением весен-
него потепления (март—апрель) и завершается с наступлением
холодного периода с температурой ниже -25 ... -30 °C (ноябрь
—декабрь).
Для установления экономически целесообразной продолжи-
тельности дражного сезона необходимо определить следующее:
• объем песков, который может быть добыт и переработан
за период продления дражного сезона; для этого должен быть
составлен нормальный баланс использования рабочего време-
ни за данный период, т. е. установлено время чистой работы
драги в сутки, число дней, за счет которых планируется про-
длить сезон, и продолжительность остановок на проведение
планово-предупредительного ремонта; для определения объема
песков необходимо расчетное время чистой работы драги за
период продления дражного сезона умножить на расчетную
производительность драги за час непрерывной работы;
• экономию средств по статьям затрат, зависящих от про-
должительности дражного сезона и удельного веса условно-по-
стоянных затрат на добычу 1 м3 песков;
• максимально допустимые затраты на добычу и перера-
ботку 1 м3 песков за период продления дражного сезона;
• удельный вес условно-постоянных затрат при фактически
сложившейся продолжительности дражного сезона;
• суточные затраты на драгу при сложившейся продолжи-
тельности дражного сезона;
• минимально допустимую суточную производительность
драги за период продления дражного сезона;
• затраты на добычу и переработку 1 м3 песков за период
продления дражного сезона.
На основе полученных расчетных значений строится график
изменения возможной и минимально допустимой суточной про-
изводительности драги. Точки пересечения кривых на графике оп-
ределяют рациональную продолжительность дражного сезона.
Следовательно, указанная методика позволяет во всех слу-
чаях определить рациональную продолжительность дражного
сезона.
131
Критериями при определении рациональной продолжитель-
ности дражного сезона являются объем добычи металла и его
себестоимость, обеспечивающие либо прибыльную, либо безубы-
точную разработку россыпи. Имеется предложенная В.Г. .Пеш-
ковым методика аналитического расчета рациональной продол-
жительности дражного сезона для различных районов страны,
основанная на комплексном учете факторов, влияющих на эф-
фективность дражных работ.
Анализ фактической себестоимости при дражной разработ-
ке россыпей показывает, что продление дражного сезона и вы-
званное этим изменение суммарного объема полученной проду-
кции оказывают различное влияние на структуру удельных экс-
плуатационных затрат и конечную себестоимость металла.
5.4. Критерий определения границ открытых разработок
Выбор способа разработки месторождения и определение
границ открытых разработок являются комплексной задачей.
При выборе способа разработки в зависимости от условий за-
легания, мощности залежи полезного ископаемого и покрыва-
ющих пород в проектной практике могут встретиться четыре
случая.
1. Целесообразность разработки всего месторождения от-
крытым способом очевидна (например, мощные залежи на не-
большой глубине от поверхности).
2. Целесообразность разработки всего месторождения под-
земным способом очевидна (например, маломощные залежи на
большой глубине от поверхности).
3. Разработка всего месторождения возможна открытым или
подземным способом (например, мощные залежи при большой
мощности покрывающих пород).
4. Возможна комбинированная разработка месторождения:
верхняя часть, как правило, разрабатывается открытым спосо-
бом, а глубинная — подземным (например, крутые залежи, вы-
ходящие близко к поверхности и распространяющиеся на боль-
шую глубину, а также горизонтальные и пологие залежи, по-
крытые небольшой толщей наносов в долине и мощной толщей
пород в нагорной части).
В первом, втором и третьем случаях вопрос о разграниче-
нии способов разработки отсутствует. Однако при оконтурива-
нии карьерных полей (и участков) для первого и третьего слу-
132
чаев необходимо определять граничные коэффициенты вскры-
ши. В четвертом случае должны быть установлены границы
между открытыми и подземными работами. При этом первая
часть сводится к определению очередности разработки место-
рождения открытым и подземным способами.
После установления экономической целесообразности раз-
работки месторождения можно приступать к определению гра-
ниц между открытыми и подземными работами. Согласно об-
щепринятой в проектной практике методике определения гра-
ниц открытых разработок вначале устанавливается конечная
глубина карьера, а затем по полученному ее значению отстраи-
вается конечный контур карьера на поверхности. Это обуслов-
ливает сложность определения границ открытых работ в целом,
так как точное установление горнотехнических и экономических
факторов, необходимых для определения оптимальной конечной
глубины карьера, возможно лишь при условии заранее установ-
ленных границ открытых горных работ.
Одним из основных критериев рациональной разработки ме-
сторождения открытым способом является коэффициент вскры-
ши. Пользуются следующими коэффициентами вскрыши: сред-
ний, геологический, контурный, эксплуатационный (текущий),
среднеэксплуатационный, граничный.
Наибольшее применение в практике проектирования карь-
еров получили методы определения конечной глубины карьера,
основанные на сравнении граничного и контурного коэффици-
ентов вскрыши.
Основным критерием при определении границ открытых раз-
работок является граничный коэффициент вскрыши. С момен-
та опубликования первых работ и по настоящее время методы
определения граничного коэффициента вскрыши развивались в
направлении усложнения формул, что было вызвано учетом все
большего числа факторов, влияющих на границы открытых раз-
работок. Существуют следующие методы определения гранич-
ного коэффициента вскрыши.
1. Граничный коэффициент вскрыши определяется из усло-
вия равенства неизменной с глубиной разработки себестоимо-
сти полезного ископаемого при открытом и подземном спосо-
бах. Формула для определения граничного коэффициента вскры-
ши, м3/м3, имеет вид
^р = (Спод-Сот)/СВск, (5.12)
133
где Спод — себестоимость полезного ископаемого при подзем-
ном способе, руб/м3; Сот — себестоимость полезного ископае-
мого при открытом способе без учета затрат на производство
вскрышных работ, руб/м3; Свек — затраты на производство
вскрышных работ, руб/м3.
Часто не представляется возможным установить значение
Спод для данных условий (например, месторождение целесооб-
разно разрабатывать только открытым способом). В таких слу-
чаях рекомендуется устанавливать допустимую себестоимость
полезного ископаемого на основе оптовой государственной це-
ны на полезное ископаемое или на продукты его переработки.
Использование формулы (5.12) приводит, как правило, к не-
обоснованному уменьшению области применения открытого спо-
соба разработки. Поэтому формулу (5.12) целесообразно при-
менять в простых условиях и для ориентировочных расчетов.
2. Граничный коэффициент вскрыши определяется из усло-
вия равенства изменяющейся с глубиной разработки себестои-
мости полезного ископаемого при открытом способе к неиз-
менной себестоимости полезного ископаемого при подземном
способе.
3. Граничный коэффициент вскрыши определяется из усло-
вия равенства суммарных эксплуатационных затрат на добычу
полезного ископаемого открытым и подземным способами и его
переработку.
4. Граничный коэффициент вскрыши определяется из усло-
вия равенства отдельной прибыли при разработке месторожде-
ния открытым и подземным способами. При этом формула для
определения граничного коэффициента, м3/м3, учитывает раз-
личный уровень потерь и разубоживания полезного ископаемо-
го при открытом и подземном способах разработки, т. е.
- __ (СПОд Ци) кр ПОД ^ИЗ. ПОД ЦИ )^р, ОТ ^ИЗ. ОТ /г 1 эх
гр __ ~ . , (Э.и;
'-'век Л,р. от лиз. от
где Ци — отпускная цена на полезное ископаемое, руб/м3; kv, от и
&р. под коэффициент разубоживания полезного ископаемого
соответственно при открытом и подземном способах разработ-
ки; /сиз. от и кт. Под — коэффициент извлечения полезного иско-
паемого соответственно при открытом й подземном способах
разработки.
134
Для установления целесообразности повторной открытой
разработки отдельных участков, отработанных ранее подзем-
ным способом, граничный коэффициент вскрыши, м3/ м3, опре-
деляется по формуле
(5.14)
где п — число извлекаемых из руды компонентов; е, — содер-
жание данного компонента в руде, %; кт к — суммарное извле-
чение данного компонента при обогащении и металлургиче-
ской переработке, %; Цт — цена 1 т металла данного компонен-
та, руб.; Gf — плотность руды, т / м3; Спер — затраты на обо-
гащение руды, руб/т; £к01,' — выход концентрата данного ком-
понента из руды, доли ед.; Ск/ — затраты на металлургическую
переработку концентрата данного компонента, руб/т.
Если месторождение или его часть не предполагается раз-
рабатывать подземным способом, то вместо себестоимости по-
лезного ископаемого при подземном способе принимают до-
пустимую себестоимость полезного ископаемого на данном ме-
сторождении или фактическую себестоимость при подземном
способе на другом месторождении с аналогичными условиями.
5. Граничный коэффициент вскрыши определяется из усло-
вия равенства неизменных с глубиной открытой разработки
удельных суммарных эксплуатационных затрат на добычу и пе-
реработку полезного ископаемого и суммарной ценности извле-
каемых из него компонентов (или ценности сравниваемого с
ним полезного ископаемого).
6. Граничный коэффициент вскрыши определяется из усло-
вия равенства удельных затрат (изменяющихся с глубиной гор-
ных работ) при разработке месторождения открытым и под-
земным способами. Формула для определения граничного ко-
эффициента, м3/м3, имеет вид
ЛГгр = ((Сп. пос "Ь Си. пер) ” (С».„ос + Ст„))/(Св. пос + СГр.в), (5.15)
135
где Сп. пос — неизменные с глубиной разработки затраты (затраты
на дробление, погрузку и др.) на добычу полезного ископаемо-
го подземным способом, руб/м3; Сп. пер — затраты на водоотлив,
вентиляцию и доставку полезного ископаемого из шахты на
обогатительную фабрику, руб/м3; СО. ПОС И Св. пос неизменные с
глубиной разработки затраты (затраты на рыхление, экскава-
цию, отвалообразование и др.), приходящиеся соответственно
на единицу полезного ископаемого и вскрыши, руб/м3; Стр. и —
затраты на транспортирование полезного ископаемого, провет-
ривание карьера и водоотлив, приходящиеся на единицу полез-
ного ископаемого, руб/м3; Стр. в — затраты на транспортирова-
ние вскрышных пород в отвалы, зависящие от глубины карьера
и применяемого вида карьерного транспорта, руб/м3.
Если потери и разубоживание при открытом и подземном
способах разработки могут существенно отличаться между со-
бой, то это следует учитывать при определении граничного ко-
эффициента вскрыши. Тогда формула (5.14) будет иметь вид
ТСгр = ((Сп. пос + Сп. пер — Ци) &р. под ^п. под — (Со. пос Стр. и ~ Ци) X
X кр. от кп, от)/ (Св. ПОС + Стр. в) кр. ОТ кп. от. (5.16)
Для случаев, когда стоимостные показатели могут быть при-
няты независящими от глубины разработки, а потери и разу-
боживание полезного ископаемого при открытой и подземной
разработке отличаются между собой незначительно, формула
(5.16) упростится и примет вид формулы (5.12).
Многие проектные организации использовали методы 1—4
и 6 при проектировании железорудных, полиметаллических,
серных и апатитовых карьеров.
5.5. Оконтуривание горизонтальных и пологих залежей
На основе геологоразведочных данных производят подсчет
запасов и разделение их на балансовые и забалансовые. При
этом указывают качество сырья в недрах и продуктах обогаще-
ния, максимально допустимую и среднюю мощность пород,
глубину разработки, минимальную мощность полезного иско-
паемого, максимально допустимую мощность породных про-
слоев в продуктивной толще и содержание вредных примесей
при оконтуривании балансовых запасов.
136
Оконтуривание залежи полезного ископаемого заключает-
ся в установлении на планах и геологических профилях ее объ-
емного контура при известных кондициях. Линия, соединяю-
щая точки, в которых залежь выклинивается, называется на-
ружным контуром залежи. В границах наружного контура за-
лежи в соответствии с заданными кондициями на полезное ис-
копаемое ограничиваются области, целесообразные для разра-
ботки. В их пределах выделяются участки с полезной мощно-
стью, превышающей минимально допустимую. В границах этих
участков вычерчивают изолинии значений коэффициента вскры-
ши. Для этого совмещают планы изомощностей залежи и вскрыш-
ных пород. В точках пересечения изолиний мощность вскрыши
делят на извлекаемую мощность полезного ископаемого. По-
лученные в результате интерполяции точки с разными значе-
ниями коэффициента вскрыши соединяют плавными кривыми,
называемыми изокоэффициентами вскрыши.
Гидро механизированным способом обычно разрабатывают-
ся горизонтальные и пологие залежи. Методика и техника оп-
ределения границ карьеров для таких месторождений достаточ-
но простые.
Для проектирования контуров карьера на пологих и гори-
зонтальных залежах исходными данными служат планы изомо-
щностей залежи и вскрышных пород и изокоэффициентов вскры-
ши. Контуры карьера определяются изолиниями коэффициента
вскрыши, близкого к значению граничного коэффициента вскры-
ши ХгР. Конечной глубиной карьера будет являться глубина за-
легания почвы полезного ископаемого. При этом предварительно
устанавливают экономичность открытых работ, которая вы-
ражается условием Хер £ £гр (А^ср — средний коэффициент
вскрыши).
Контур дна карьера, как правило, определяется конфигура-
цией залежи и является основанием для определения верхних
контуров карьера.
По нижнему контуру карьера, мощности вскрыши hR и по-
лезного ископаемого йи определяется верхний контур карьера.
Для этого по периметру карьера определяется заложение отко-
сов бортов по формуле
3 = (hR + /?и) etg у, (5.17)
137
где у — угол откоса нерабочего борта карьера, град. Получен-
ные точки соединяют плавной кривой.
Контур карьера часто имеет неправильную конфигурацию.
Поэтому отдельные узкие вытянутые участки следует исклю-
чить. Границы карьера, установленные при проектировании, от-
носительно точны только для определенного периода времени
и уровня технической вооруженности. Поэтому в проектах пре-
дусматривают резерв, обеспечивающий возможность расшире-
ния контуров карьера.
Для оконтуривания россыпи необходимы план инструмен-
тальной съемки с нанесением на него разведочных выработок,
разрезы с границами промышленного пласта. Промышленная
мощность залежи определяется в зависимости от установлен-
ных кондиций. В кондициях предусматриваются и обосновы-
ваются следующие показатели:
• бортовое содержание полезных ископаемых, под кото-
рым понимается минимальное допустимое содержание полез-
ного компонента в краевых пробах, обеспечивающее возврат
всех затрат на добычу и переработку полезного ископаемого;
• максимально допустимая мощность прослоев пустых по-
род и прослоев с некондиционным содержанием полезного ком-
понента;
• средний и предельный коэффициенты вскрыши и др.
Для детально разведанной россыпи (участка) составляется
карта плотика.
Промышленный контур россыпи проводится посредине ме-
жду крайней лимитной и соседней нелимитной выработками.
Если крайняя выработка оказывается на линии, то промыш-
ленный контур россыпи выносится за выработку на величину
ее влияния, равную половине среднего расстояния между выра-
ботками на данной линии. Точки на разведочных линиях, оп-
ределяющие границу промышленной части россыпи, соединя-
ют прямыми линиями. Россыпи оконтуривают с учетом сплош-
ности обработки. В блоки запасов допускается включение от-
дельных нелимитных выработок, но с таким расчетом, чтобы
они не снижали содержания полезного компонента по блоку
ниже предельного среднего.
При больших запасах месторождения может оказаться це-
лесообразным разделение его на карьерные поля, отработка ко-
138
торых может быть последовательной или параллельной, Разде-
ление месторождения на карьерные поля неразрывно связано с
вопросами вскрытия, рационального использования оборудова-
ния, размещения гидроотвалов и заводов, потребностью в дан-
ном полезном ископаемом и расстоянием транспортирования по-
лезного ископаемого и вскрышных пород.
В качестве критерия при оценке целесообразности разделе-
ния месторождения на карьерные поля и выбора очередности
их разработки могут служить коэффициент вскрыши и длина
фронта работ. Для каждого карьерного поля на основе анализа
режима горных работ определяют объемы вскрышных и добыч-
ных работ по этапам разработки, направление развития, длину
и скорость подвигания фронта работ.
5.6. Оконтуривание наклонных и крутых залежей
При определении границ карьера для наклонных и крутых
залежей встречаются трудности, связанные особенно с покры-
вающими породами значительной мощности. При проектиро-
вании необходимо выбрать такой способ разработки месторо-
ждения, при котором можно достичь максимальной экономи-
ческой эффективности, а также определить границы между от-
крытыми и подземными работами. Для решения указанных за-
дач необходимо оконтуривание карьеров, т. е. установление кон-
туров карьеров на плане и геологических разрезах.
Методы определения конечных контуров карьеров весьма
детально описаны в трудах профессоров П.И. Городецкого,
А.С. Фиделева, П.Э. Зуркова и др. В трудах академика В.В.
Ржевского и профессора А.И. Арсентьева обобщены сущест-
вующие и рассмотрены новые методы.
Размеры карьера в плане, его глубина и конфигурация яв-
ляются главными параметрами карьера, от которых зависят за-
пасы полезного ископаемого и объем вскрышных пород, про-
изводственная мощность предприятия и срок его существова-
ния, способ вскрытия и схема комплексной механизации, рас-
положение главных транспортных и энергетических коммуника-
ций, расположение отвалов и поверхностных сооружений и т. п.
Своеобразность проектирования граничных контуров карь-
ерного поля заключается в том, что для установления границ
139
необходимо знать места расположения отвалов, систему разра-
ботки, схему вскрытия, коэффициенты вскрыши, экономиче-
ские показатели и многие другие данные, которые могут быть
точно установлены только после оконтуривания карьерного
поля.
Технический прогресс определяет непрерывный процесс со-
вершенствования техники, технологии и организации открытых
горных разработок. Точно прогнозировать этот процесс на боль-
шие отрезки времени, соответствующие срокам существования
карьера, на данном этапе развития науки не представляется воз-
можным.
Положение конечных контуров карьера зависит также от ря-
да инженерно-геологических и горнотехнических факторов, ус-
тановить которые с достаточной степенью точности можно
только в процессе разработки. Так, максимальные размеры карь-
ерного поля в значительной мере определяются устойчивостью
горных пород, слагающих борта карьера на проектируемых
глубинах, что может быть установлено лишь в процессе разра-
ботки месторождения на этих глубинах.
В силу указанных причин можно считать границы карьера,
установленные при проектировании, относительно точными и
справедливыми только для определенного периода времени и
уровня техники. Принципиальное решение задачи о границах
открытых горных работ производится на основе анализа себе-
стоимости добычи полезного ископаемого открытым способом
на различных глубинах, сопоставления ее с планово-допусти-
мой себестоимостью, определяемой установленными ценами на
продукцию, и учитывая также потребность в данном виде по-
лезного ископаемого и уровень рентабельности предприятия.
Если месторождение или его часть может разрабатываться под-
земным и открытым способами, обязательно их сопоставление
по результативным экономическим показателям и по организа-
ционно-техническим условиям.
Экономическая оценка возможных вариантов границ долж-
на производиться по величине общих приведенных к одному мо-
менту времени затрат на разработку с учетом этапов развития
горных работ; например, на момент сдачи карьера в эксплуата-
цию. При этом необходимо учитывать фактор технического
прогресса и экономической эффективности государственных
средств, вкладываемых в горное производство разновременно.
140
В условиях разработки вытянутых залежей необходимо так-
же уточнять экономически эффективную протяженность карь-
ерного поля согласно установленной мощности карьера. В этих
случаях часто возникает необходимость разделения месторож-
дения на отдельные карьерные поля.
В ряде случаев при установлении открытых горных работ
на окончательное решение вопроса оказывает влияние ряд спе-
цифических факторов. Так, глубина открытых горных работ мо-
жет быть принята больше, чем та, которая получена при техни-
ко-экономических расчетах, если:
• запасы полезного ископаемого, расположенные ниже пре-
дельной глубины карьера, относительно невелики и поэтому
строительство подземного рудника для их доработки нецелесо-
образно;
• месторождение характеризуется весьма сложным строе-
нием и распределением отдельных типов и сортов полезного
ископаемого, что часто в условиях подземной разработки мо-
жет привести к большим потерям ценного компонента;
• месторождение (обычно угольное или сульфидных руд)
весьма опасно в отношении самовозгорания;
• благоприятные условия открытых горных работ создают
возможность совмещать добычу полезного ископаемого с его
первичной переработкой (например, в промышленности строй-
материалов).
В настоящее время в науке и практике нет единой теории
определения границ карьера при разработке наклонных и кру-
тых залежей.
Существует несколько принципов определения глубины от-
крытых работ:
/СгР > Кк; Кгр > Кг,
КгР > Л?ср; Хгр ТСпер Kwai-
Однако при такой ситуации неясно, какому принципу от-
дать предпочтение.
Только по этой причине многие карьеры Криворожского
бассейна и Курской магнитной аномалии запроектированы не
на основе одного из указанных принципов, а на основе прием-
лемого, с точки зрения проектировщиков, срока службы карье-
ра при заданной производственной мощности предприятия.
141
Но так как производственная мощность предприятий пе-
риодически пересматривается, то все время возникает необхо-
димость пересмотра границ карьера. В результате систематиче-
ского пересмотра границ карьера появляется необходимость в
пересмотре основных технических решений, в ломке генераль-
ного плана и т. д.
Для выбора какого-либо одного принципа определения
границ карьера необходимо учитывать следующие положения.
1. Достоверность разведанных запасов относительно невысо-
кая. Исходя из опыта проектирования допускаются следующие
погрешности определения запасов для различных категорий.
Категория............ А В Ci Сг
Погрешность, % ...... 25—20 20—30 30—60 60—90
А если еще учесть приближенный характер экономических
расчетов, то целесообразно применять наиболее простые, но
достаточно надежные методы расчета экономических показа-
телей.
2. Открытые работы отличаются от подземных большой мас-
штабностью и более высокой производительностью и лучшими
условиями труда, более полным использованием недр. Ведение
же подземных работ способствует лучшему сохранению окру-
жающей среды, меньшему ее загрязнению и отчуждению мень-
ших площадей земель (экологический фактор).
Поэтому при выборе способа разработки месторождения не-
обходимо давать экономическую оценку этих факторов. Но так
как во многих случаях трудно количественно (экономически)
оценить социальные и экологические факторы, то в качестве
критерия оценки их применять не рекомендуется.
3. Удельные затраты на добычу руды и удаление породы на
различной глубине могут быть приняты постоянными, так как
действуют противоположные факторы. С одной стороны, идет
удорожание вследствие увеличения дальности транспортирова-
ния и ухудшения дробления и т. д., с другой — имеется влияние
технического прогресса во времени, а также возможность ис-
пользования вскрышных пород как строительного материала.
С учетом этих положений наиболее целесообразным эко-
номическим критерием является «минимум расчетных затрат»
на разработку всех запасов месторождения.
Рассмотрим аналитический и графические методы опреде-
ления контуров и глубины карьера (по В.В. Ржевскому).
142
Аналитический метод. Глубина карьера зависит от большо-
го числа факторов, основными из которых являются: мощность
и условия залегания рудного тела, рельеф поверхности, способ
вскрытия и направление развития горных работ, система раз-
работки, экономические показатели открытого и подземного
способов добычи. Учесть все факторы, необходимые для точно-
го решения задачи, в одной аналитической зависимости прак-
тически невозможно. Поэтому аналитические выражения для
определения технической глубины карьера могут быть состав-
лены только для отдельных частных случаев применительно к
наиболее простым условиям разработки, либо при допустимой
идеализации природных условий.
Наиболее полное и экономически обоснованное определе-
ние глубины карьера с учетом большого числа названных фак-
торов возможно посредством геометрического анализа карьер-
ного поля, основы которого изложены ниже.
В ряде случаев, обычно в первоначальные этапы проекти-
рования карьера, особенно для месторождений правильной
формы, бывает достаточно знания ориентировочной глубины
карьера, что можно установить аналитическим методом.
Условие экономичности открытых работ соблюдается, если
текущий коэффициент вскрыши не превышает величины гра-
ничного коэффициента вскрыши. Текущий коэффициент вскры-
ши (рис. 5.1) для горизонта х в данном геологическом профиле
определяется из следующего условия (м3/м3):
Рис. 5.1. Схема к определению коэффициента вскрыши аналитическим методом
143
Ж
(5.18)
где^У/ и£Кпг — суммарный объем вскрыши разноса бортов карь-
ера соответственно со стороны лежачего и висячего боков залежи
при углублении карьера на единицу глубины (Яу = 1), м3; V*—объ-
ем прослойков пород залежи при углублении карьера на единицу
глубины, м3;£Уих — суммарный объем полезного ископаемого при
углублении карьера на единицу глубины (т. е. на величину Яу), м3.
Угол откоса борта на определенном участке по его высоте
может приниматься неизменным при разносе бортов на неболь-
шую величину. Поэтому можно принять, что на профильной пло-
скости разнос бортов при углублении карьера на единицу глуби-
ны (Ну = 1) заключен между параллельными линиями откосов.
В общем случае текущий коэффициент вскрыши
Щ, (ctg Т? + ctg «) + т (ctg Y. - ctg <) + '».
Мх - тх
(5.19)
где Я*т и Ял\ — текущая глубина карьера со стороны висячего
и лежачего боков, м; Мх и тх — мощность залежи и породных
прослоев соответственно, м; ув и у* — угол наклона рабочего
борта карьера соответственно со стороны висячего и лежачего
боков залежи, град; а* и а* — угол наклона залежи соответст-
венно со стороны висячего и лежачего боков залежи, градус.
Для случая, когда поверхность представлена равниной, урав-
нение примет вид
к ^(ctg r>ctg yQ+^
т М-тх
X А
(5.20)
Для пласта с выдержанными элементами залегания фор-
мула (5.20) упрощается, м:
Яг = К? M/(ctg ув + ctg ул). (5.21)
При установлении согласно уравнению (5.20) текущей глу-
бины карьера не учитывается то обстоятельство, что в общие
объемы вскрыши входят также наносы, стоимость добычи ко-
торых обычно ниже, чем коренных пород. В этом случае мощ-
144
ность наносов hH, м, заменяется эквивалентной мощностью ко-
ренных пород Лэ (рис. 5.2) согласно выражению
Лэ = СнЛн/Св} (5.22)
где Сн и Св — себестоимость отработки соответственно 1 м3 на-
носов и вскрышных пород, руб.
Глубина, полученная по формуле (5.22), должна измеряться
не от уровня поверхности, а от уровня эквивалентного горизон-
та, построенного на основании формулы. Полная глубина
карьера определяется как сумма, полученная по формулам
(5.21) — (5.22), и разность мощности наносов и эквивалентной
мощности коренных пород:
Лн-Лэ = (Св-Си)Лн/Сп. (5.23)
При таком решении задачи текущая глубина карьера озна-
чает ту промежуточную глубину, при которой текущий коэф-
фициент вскрыши равен граничному, и, следовательно, даль-
нейший разнос бортов становится невыгодным.
Очевидно также, что ниже этой глубины можно экономиче-
ски выгодно продолжить открытые горные разработки, ведя ра-
боты на погашение, т. е. так, что верхний контур карьера оста-
ется неизменным, а работы развиваются вглубь путем доведе-
ния углов откоса бортов до соответствующих углов погашения.
Таким образом, конечная глубина карьера является функцией
от установленного положения верхних бровок и углов откоса
бортов на момент погашения. Конечная глубина, м, может
быть определена по выражению (рис. 5.3)
Н = (В~ Шл) sin ул sin yB/sin (ув + ул), (5.24)
где В — ширина верхнего контура в плане для данного геоло-
гического разреза, м; ZZ/д — ширина дна карьера, равная шири-
Рис. 5.2. Схема замены наносов эквивалентной толщей коренных пород
145
Рис. 5.3. Схема к определению глубины карьера по текущему коэффициенту
вскрыши аналитическим методом
не подошвы разрезной траншем, м; ул и ув — угол откоса борта
карьера на момент погашения (конечной глубины карьера) со-
ответственно со стороны лежачего и висячего боков залежи, град.
С учетом рельефа местности глубина карьера со стороны
лежачего и висячего бортов может быть определена следующим
образом (рис. 5.4), м:
н fc~a)siny-
11 cos а sin (ув + ул)
Я ^(в~Шд)8*п (YB+a)sin Ул | sin a sin ул
л cos a sin (ув+Ул) sin(Yn-a)
(5.25)
где а — угол наклона косогора, град.
Рис. 5.4. Схема к определению глубины карьера по текущему коэффициенту
вскрыши при косогорном рельефе
146
Для относительно коротких залежей в случае, когда по-
верхность представлена равниной и глубина карьера по длине
его отличается незначительно, конечная глубина карьера мо-
жет быть определена из условия сопоставления граничного и
контурного коэффициентов вскрыши, м:
b 2Ь’
(5.26)
а = 2Z ctg Ух ; Ъ = л ctg2 уср, (5.27)
где 1Х и ух — протяженность и угол откоса участков бортов по
периметру дна карьера; уЛ. и уср — углы откоса борта и в среднем
по карьеру, соответствующие конечной глубине карьера; 5П —
горизонтальная площадь полезного ископаемого, м2; £ — пло-
щадь дна карьера, м2.
При этом может возникнуть необходимость уточнить глу-
бину карьера повторным расчетом.
При разработке наклонных и крутопадающих залежей, ко-
гда углы откосов бортов относительно мало отличаются один от
другого, можно пользоваться усредненной величиной:
..у|/|+гЛ+-+т,Л
ср /.+/,+...+1
I Z п
(5.28)
Тогда расчетная формула (5.27) может быть упрощена до
вида
Н = tg уорf^/o,025Р2+0,32^5 -0,16р), (5.29)
где Р — периметр дна карьера, м.
Графические методы. 1. Определение конечной глубины
карьера для данного геологического профиля по известному
значению Хгр путем сопоставления его с контурным коэффици-
ентом вскрыши (рис. 5.5). Порядок построения следующий:
• на ориентировочно возможной глубине карьера замерить
горизонтальную мощность залежи
• от любой точки А на поверхности отложить отрезок, рав-
ный произведению А7Р М;
147
• из точек А и В провести наклонные прямые линии по
принятым углам откоса бортов карьера ув и ул. Точка пересече-
ния прямых О соответствует отметке дна карьера;
• измерить горизонтальную мощность залежи на уровне
точки О. Если мощность залежи М\ при этом мало отличается
от принятой мощности М, то глубина карьера установлена пра-
вильно. Если же величина М\ значительно отличается от М, то
построение повторяют; для этого от точки А откладывают от-
резок АВ\ = 7Сгр Mi. Уровень вновь полученной точки О\ обыч-
но соответствует уточненной конечной глубине карьера. В про-
тивном случае построение повторяется.
Для построения контура карьера на данном профиле вы-
сотное положение точки Oi переносится на лежачий бок залежи
(точка Q, вычерчивается дно карьера и действительные линии
откосов бортов, параллельные линиям АО\И В\О\.
В случае, если углы откосов бортов карьера значительно из-
меняются с глубиной, то следует под углами ув и ул подразуме-
вать углы откосов бортов на исследуемых глубинах, при этом
наклонные линии ВО и АО являются условными вспомогатель-
ными, служащими для определения конечной глубины карьера.
Действительные откосы бортов вычерчиваются после установ-
ления глубины карьера.
Если поверхность представлена некрутым косогором, то сле-
дует проводить вспомогательный (средний) горизонт на уров-
не отметки поверхности, соответствующей выходам залежи.
Конечная глубина карьера графическим методом может
быть относительно просто определена и при наличии несколь-
ких залежей в данном геологическом профиле (рис. 5.6). В этом
случае глубину карьера следует определять применительно к
главной, наиболее мощной залежи 7, а извлечение залежей 2 и 3
рассматривать как попутное.
Порядок построения сохраняется прежним. От произволь-
ной точки А на поверхности (или на вспомогательном горизон-
те при косогоре) проводят отрезок АВ, численно равный про-
изведению £гр (Mi + М2 + Мз).
Из точек А и В под углами ул и ув проводят наклонные пря-
мые, точка пересечения которых О расположена на конечной
отметке глубины карьера. На уровне точки О замеряют гори-
зонтальные мощности М{, М'2, М'3 и проверяют соответствие
их принятым значениям. В противном случае построение повто-
148
Рис. 5.5. Схема к определению конечной глубины карьера по контурному ко-
эффициенту вскрыши упрощенным графическим методом
Рис. 5.6. Схема к определению глубины карьера при наличии нескольких
сближенных залежей графическим методом
ряют и находят уточненную глубину карьера, соответствую-
щую высотному положению точки Oi.
В случае, когда в контуры карьера попадают одинаково
мощные залежи, удаленные одна от другой настолько, что про-
филь карьера может получиться ломаным (рис. 5.7), построение
следует проводить для одной из залежей (например, 1), рас-
сматривая извлечение залежи 2 как попутное. После установле-
ния контура карьера /—I необходимо проверить целесообраз-
ность углубления карьера по залежи 2. Для приближенного, но
149
достаточно точного нахождения границы по левому борту II—II
следует перемещать угольник параллельно борту до положе-
ния, при котором линейное соотношение отрезков (ab + се) / de
будет равно заданной величине граничного коэффициента
вскрыши. При этом линия de, определяющая точку е, является
вспомогательной. Она наклонена к горизонту под углом, рав-
ным углу падения залежи.
Аналогичным образом находят глубину карьера для поло-
гих и наклонных залежей, когда разнос бортов со стороны ле-
жачего бока не производится. По заданному углу откоса борта
находят такое положение ув, при котором линейное соотноше-
ние участков борта, проходящих по породам и по полезному
ископаемому, становится равным граничному коэффициенту
вскрыши.
2. Определение глубины карьера по текущему коэффици-
енту вскрыши (рис. 5.8). В этом случае поперечное сечение по
месторождению по высоте делится горизонтальными прямы-
ми, расстояние между которыми кратно или равно высоте ус-
тупа.
В соответствии с принятым порядком развития горных ра-
бот на каждом горизонте выбирается место заложения разрез-
ной траншеи и фиксируются точки дна карьера для каждого
этапа работы (д', Ь' и т. д.).
Рис. 5.7. Схема к определению глубины карьера для взаимно удаленных зале-
жей графическим методом
150
От этих точек под углом рабочего борта карьера (17—20°)
проводят наклонные прямые до пересечения с дневной поверх-
ностью. Замеряют разнос бортов (АВ' и т. д.) на каждом этапе.
Полученную величину делят на соответствующую горизонталь-
ную мощность рудного тела на уровне дна траншеи (М\ и т. д.).
Горизонт, на котором обеспечивается минимальная ширина
разрезной траншеи (ab), является конечным.
Очевидно, что в общем случае точка пересечения прямых
Be и Аа может оказаться за пределами рудного тела. Тогда по
установленной конечной глубине карьера уточняются контуры
карьера: из точек, фиксирующих положение дна на установлен-
ной глубине карьера, проводятся наклонные прямые под угла-
ми ул и ув до пересечения с дневной поверхностью.
3. Метод установления глубины карьера по текущему ко-
эффициенту вскрыши для штокообразных залежей имеет свои
особенности, обусловленные тем, что исходными материалами
для проектирования при этом являются не поперечные профи-
ли, а погоризонтные планы залежи. В соответствии с этим по-
рядок оконтуривания карьера следующий.
На каждый план горизонта (либо через несколько) наносят
топографию поверхности и вычерчивают положение дна карье-
Рис. 5.8. Схема к определению глубины карьера по текущему коэффициенту
вскрыши графическим методом
151
ра, форма и размер которого в основном определяются конфи-
гурацией залежи и типом применяемого горнотранспортного
оборудования. Кроме того, на этих же планах по принятому
рабочему углу борта ур устанавливают верхние контуры карье-
ра. Для этого по всему периметру дна откладывают отрезки 3\,
З2, Зз и т. д., численно равные 3 = (ОВ + Он) ctg ур, здесь Оя и Он —
отметки на верхнем и нижнем контуре карьера (рис. 5.9).
Величины 3], З2 и другие можно также установить по вспо-
могательному графику, представленному на рис. 5.10.
Рис. 5.9. Схема к определению глубины карьера по текущему коэффициенту
вскрыши для штокообразных залежей графическим методом
Рис. 5.10. График к определению заложения откосов
152
С помощью планиметра или другими способами замеряют
площади горизонтальных проекций верхних контуров для каж-
дого этапа, а также площади полезного ископаемого в этих
контурах. Отношения этих площадей определяют значения те-
кущих коэффициентов вскрыши для каждого этапа.
Начиная с этапа, где Кт = Хгр, горные работы должны раз-
виваться только вглубь. Для определения конечной глубины на
профиле из точек внешнего контура опускаются наклонные
прямые под углами погашения бортов карьера ув и ул до глу-
бины, обеспечивающей минимально допустимые размеры дна
карьера.
5.7. Выбор и обоснование режима горных работ
В большинстве случаев потребители полезного ископаемо-
го рассчитаны на определенную производительность и предъ-
являют требования к получению строго определенных объемов
полезного ископаемого установленного качества. Эти требова-
ния являются основой при выборе режима горных работ на
карьере.
Под режимом горных работ понимается установленная по-
следовательность выполнения вскрышных и добычных работ в
границах карьерного поля, обеспечивающая планомерную, бе-
зопасную и экономически эффективную разработку месторож-
дения за срок существования карьера. Режим горных работ оце-
нивается по графику изменения объемов полезного ископаемо-
го, вскрыши и других показателей по годам за весь период су-
ществования карьера. Режим горных работ карьера зависит от
начального места развития горных работ в контурах карьерно-
го поля, главного их направления, порядка разработки усту-
пов, величины рабочей зоны, планового задания на объемы до-
бычных и вскрышных работ по годам работы карьера и др.
Решающим фактором, определяющим режим горных ра-
бот, является направление развития фронта горных работ. Оно
определяет объемы горно-капитальных работ, сроки строи-
тельства карьера, текущий коэффициент вскрыши в период экс-
плуатации и возможную по горнотехническим условиям произ-
153
водственную мощность карьера. Направление подвигания фрон-
та горных работ непосредственно связано с принимаемым спосо-
бом вскрытия. Выбор режима горных работ предусматривает ис-
следование нескольких вариантов развития горных работ, обыч-
но до трех, связанных с различными вариантами систем разра-
боток способов вскрытия карьерного поля и расположения пер-
воначальных котлованов и разрезной траншеи. Цель такого ис-
следования заключается в выборе режима горных работ, обеспе-
чивающего наименьший объем горно-капитальных работ и пер-
воначальной вскрыши, добычу полезного ископаемого наилуч-
шего качества в первые периоды работ, кратчайшее расстояние
транспортирования горной массы из карьера, устойчивость до-
бычи полезного ископаемого за период существования карьера
и получение наилучших технико-экономических показателей
при разработке месторождения.
Неравномерный режим горных работ карьера ухудшает по-
казатели разработки. Он ведет к концентрации на сравнитель-
но короткий период времени большого числа горного и транс-
портного оборудования, к переукомплектованию штатов рабо-
чих и служащих, а также к излишнему строительству вспомога-
тельных цехов и бытовых сооружений. При этом ухудшается
степень использования оборудования и снижается производи-
тельность труда. Особенно остро ощущаются недостатки нерав-
номерного режима горных работ на карьерах с относительно
небольшим сроком существования и при сооружении их в не-
достаточно освоенных районах страны. Равномерный режим ра-
бот способствует устойчивой экономической деятельности карь-
ера. Он избавляет от необходимости в отдельные годы резко уве-
личивать число единиц оборудования и штат трудящихся, кото-
рые в последующие периоды используются не полностью.
Режим горных работ считается установленным, если в пре-
делах карьерного поля известны начальное положение фронта,
направление его подвигания и календарное или поэтапное рас-
пределение объемов вскрышных и добычных работ за период
существования карьера.
154
При установленных границах карьера общие объемы вскрыш-
ных пород и полезного ископаемого известны, однако их рас-
пределение по годам работы карьера зависит от принимаемого
порядка развития горных работ. Порядок отработки карьерно-
го поля связан со способом вскрытия и системой разработки.
Решающим фактором является стремление следовать в разви-
тии горных работ за залежью с целью создания необходимых
вскрытых запасов.
5.8. Горно-геометрический анализ изменения
текущих объемов карьерных полей для
горизонтальных и пологих залежей
(по В. В. Ржевскому)
Геометрический анализ карьерного поля производится с
целью установления режима горных работ.
Суть метода геометрического анализа акад. В.В. Ржевского
для пологих и горизонтальных залежей заключается в вычер-
чивании ряда положений фронта работ через определенные ин-
тервалы его подвигания, в определении для каждого положе-
ния фронта объемов вскрышных пород и извлекаемых запасов
полезного ископаемого и построении графика режима горных
работ. Исходными материалами служат топографические пла-
ны с нанесенными изолиниями мощности вскрышных пород и
полезной мощности залежи. При параллельном подвигании фрон-
та работ карьерное поле разделяется серией параллельных ли-
ний, означающих положение фронта работ (рис. 5.11). В про-
стых условиях залегания намечается 6—8 положений фронта ра-
бот, а в сложных условиях — 10—15 положений. В нашем слу-
чае — шесть положений. Для большей точности и контроля рас-
четов целесообразно приурочивать положения фронта к разве-
дочным линиям. Для установления извлекаемых объемов вскрыш-
ных пород и полезного ископаемого (м3) при подвигании на
единицу длины фронт работ разделяют на участки одинаковой
длины /. В середине каждого участка у отметок изомощностей
указывают мощности вскрыши М и полезного ископаемого т,
155
которые соответственно суммируют и умножают на длину уча-
стка / и линейный масштаб:
и
/»1
п
/=1
п
= Мт I + Мт I +... + Mv,„ I = / £ Мт . (5.30)
/=1
л
5п1 = W,, I + wI2 / +... + т[п 1 = 1^т}п
7«1
п
Sm = miu 1 + / + .•• + rnIto I = I % ">ш,
Z = 1
fl
iS'nVf = ^vtl + WVF2 + ^Vln I ~ l Wvi/ ' (5.31)
/«I
Полученные объемы полезного ископаемого и вскрыши на-
носят на график для каждого этапа фронта работ (рис. 5.12). На
графике указывают также значения текущего коэффициента
вскрыши Кг и протяженности фронта работ. Полученные кри-
вые показывают функциональную зависимость извлекаемых объе-
мов вскрыши, полезного ископаемого и текущего коэффициен-
та вскрыши от подвигания фронта работ.
Площадь, заключенная между кривой полезного ископаемо-
го, осью абсцисс и двумя линиями ординат, выражает объем из-
влекаемого полезного ископаемого при соответствующем подви-
гании фронта работ (см. рис. 5.12, заштрихованная часть). Пло-
щадь, заключенная между начальным и конечным положения-
ми фронта работ, выражает извлекаемый объем полезного ис-
копаемого, а заключенная между осью абсцисс и кривой вскрыши,
— объем вскрышных пород.
При веерном, смешанном и криволинейном подвигании фрон-
та работ скорость подвигания отдельных точек фронта различ-
156
на, поэтому непосредственное построение графиков вскрыш-
ных и добычных работ в виде, описанном для параллельного
подвигания фронта работ, выполнить нельзя. В этом случае вы-
черчивают несколько (6—15) положений фронта, для каждого
этапа разработки определяют извлекаемые запасы и объемы
вскрышных пород и вычисляют продолжительность работ. За-
тем по полученным данным строят график режима горных работ.
В заданных границах карьерного поля общие объемы
вскрышных пород и извлекаемого полезного ископаемого яв-
ляются неизменными для любых вариантов начального поло-
жения, направления развития и порядка подвигания фронта гор-
ных работ. Календарное же распределение объемов горных ра-
бот зависит от мощности вскрыши и полезного ископаемого на
различных участках, размеров и формы карьерного поля
(рис. 5.13). Большое значение имеет также расположение на-
чального фронта работ и направление его развития в пределах
карьерного поля. В конкретных условиях число рациональных
вариантов развития горных работ оказывается обычно неболь-
шим (2—4), так как разрезные траншеи всегда стремятся распо-
лагать на участках с минимальной мощностью вскрыши. В от-
дельных случаях карьерное поле целесообразно разделить на
2—3 участка, разрабатываемых последовательно с различным
расположением фронта работ. Целесообразность такого разви-
тия работ проверяется построением графиков режима для каж-
дого участка. В этом случае по оси абсцисс откладываются по-
следовательно подвигания фронта работ, соответствующие ка-
ждому участку. Затем каждый этап разбивается на блоки, а при
использовании земснарядов — на блоки и карты. Карта — это
площадь, которая разрабатывается земснарядами с одного под-
ключения плавучего трубопровода к магистральному. Блок —
площадь, которая разрабатывается земснарядом при одном по-
ложении берегового магистрального трубопровода (рис. 5.14).
При гидромониторной разработке блок —• это площадь, разраба-
тываемая гидромонитором и общим гидротранспортным обору-
дованием.
Поэтапное распределение объемов, полученное в результа-
те геометрического анализа для выбора режима горных работ,
необходимо трансформировать в календарное распределение по
157
Рис. 5.11. План карьерного поля с нанесенными этапами горных работ (/—II7):
М и т — мощность соответственно вскрышной породы и полезного ископаемого в середине участка (м); I — дтина участков на
этапах (м)
Рис. 5.12. График режима горных работ:
Sn и Sb — объем соответственно полезного ископаемого
и вскрышной породы на 1 м подвигания фронта гор-
ных работ (м3)
Рис. 5.13. Календарный график горных работ:
Osi — Оьу — годовые объемы вскрышных пород по этапам (м3);
О», ср — средний годовой объем вскрышных пород за период экс-
плуатации карьера (м3); Оп — годовая производительность карь-
ера по полезному ископаемому (м3)
Таблица 5.4
Результаты подсчета объемов
Показатели Этапы
I II III IV V VI
Длина этапа гор- ных работ, м 400 400 400 400 360
Поэтапный объ- ем Кп полезного ископаемого, тыс. м3 8160 7090 5520 4500 2692
Объем полезно- го ископаемого нарастающим итогом, тыс. м3 8160 15 250 20 770 25 270 27 962
Поэтапный объ- ем Ив вскрыши, тыс. м3 164 232 305 227 104
Объем вскры- ши нарастаю- щим итогом, м3 1( >4 396 701 928 1032
Текущий коэф- фициент вскры- ши Кт, м3/м3 0,0.2 0,03 0,05 0,05 0,04
Средний коэф- фициент вскры- ши /Сер, м3/м3 0,02 0,03 0,035 0,04 0,04
годам эксплуатации. Необходимо также установить объемы, от-
носящиеся к горно-капитальным работам, и срок строительст-
ва карьера. Трансформация поэтапного графика режима гор-
ных работ в календарный осуществляется следующим образом.
Запасы полезного ископаемого, соответствующие подвиганию
фронта работ за один этап, отрабатываются за срок (годы), оп-
ределяемый по формуле
(5.32)
160
где I — длина этапа, м; Иф — скорость подвигания фронта гор-
ных работ, м / год; Кп/ — запасы полезного ископаемого на ьм
этапе, м3; Qn — производительность карьера по полезному ис-
копаемому, м3/год.
Установив величину /э/ для каждого этапа, суммированием
можно найти начало и конец любого этапа работ;
/э.н = h + /э.к= /1 + /2 + ... + tn, (5.33)
где ц, /з,..., t„ — сроки отработки этапов, лет.
На основе такого расчета вычерчивается календарный гра-
фик добычи полезного ископаемого по годам существования,
на котором ордината полезного ископаемого в каждом этапе
выражает принятую производительность карьера (см. рис. 5.13).
Для установления года начала добычных работ и кален-
дарного распределения объемов вскрышных работ необходимо
также трансформировать график вскрышных пород. В начальный
2
/
^22ZZZZZZZZZ^ZZZZZZZZZZZZZi
Рис. 5.14. Схема разработки месторождения земснарядом:
1 — земснаряд; 2 — плавучий трубопровод; 3 магистральный трубопровод
161
период (до достижения проектной производительности карье-
ра) с целью быстрейшего ввода месторождения в эксплуатацию
годовые объемы вскрышных работ устанавливаются в соответ-
ствии с возможным темпом подвигания фронта работ или по
графику ввода в работу экскаваторов. Таким образом находят
длительность производства горно-капитальных работ. Годовые
объемы вскрышных Qni работ в период эксплуатации месторо-
ждения определяют путем деления объемов вскрышных работ
по этапам на срок отработки каждого этапа. Полученные годо-
вые объемы вскрышных работ откладывают в виде ординат в
середине периода, относящегося к разработке данного этапа
(м3/год).
<2в/=
(5.34)
где Кв/ — объем вскрышной породы z-го этапа, м3.
Если на графике режима работ (см. рис. 5.12) построена
кривая текущих коэффициентов вскрыши, то ординаты вскрыш-
ных пород для календарного графика можно определить путем
умножения ординат полезного ископаемого на текущий коэф-
фициент вскрыши для каждого этапа.
Каждая ордината горной массы на графике режима работ
приблизительно выражает площадь вертикальной проекции ра-
бочей зоны карьера. Она состоит из площадей по вскрышным
породам и полезному ископаемому, каждая из которых выра-
жается своей ординатой для данного положения фронта работ.
По графику режима работ путем умножения средней орди-
наты Уср. в, УсР. и на длину этапа вычисляют поэтапные и нарас-
тающим итогом объемы полезного ископаемого и вскрышных
пород (см. рис. 5.12), которые заносят в табл. 5.4. Затем строит-
ся график объемов полезного ископаемого и вскрыши нарас-
тающим итогом, который характеризует для каждого этапа из-
влекаемые объемы полезного ископаемого и вскрыши с начала
разработки. По этому графику определяют объем вскрышных
работ по годам, обеспечивающий годовую плановую произво-
дительность карьера по полезному ископаемому и подготовку
требуемых объемов вскрышных запасов. Полученные данные
заносят в табл. 5.5.
162
Таблица 5.5
Распределение объемов карьера по годам эксплуатации месторождения
Показатели Годы эксплуатации
1 2 3 4 5 6 7—12
Планируемая годовая производительность карьера по полезному ископаемому <2п, млн м3 2,325 2,325 2,325 2,325 2,325 2,325 2,325
Планируемые объе- мы вскрытых запасов на начало следующе- го года, млн м3 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35
Годовые объемы вскрышных работ Qni, млн м3 0,086 0,086 0,086 0,086 0,086 0,086 0,086
5.9. Горно-геометрический анализ изменения
текущих объемов карьерных полей для наклонных
и крутых залежей (по В. В. Ржевскому)
Практические приемы геометрического анализа вытянутых
по простиранию карьерных полей в их конечных контурах ме-
тодом трапеций рассматриваются на примере сложного геоло-
гического профиля (рис, 5,15, а). Порядок построений прини-
мается следующий.
1. Определяют ширину разрезной траншеи по дну и в соот-
ветствии с принятой схемой вскрытия и порядком развития ра-
бот выбирают ее местоположение для каждого этапа — обычно
для каждого уступа.
2. Посредине между каждыми двумя смежными положениями
дна разрезных траншей проводят горизонтальные средние линии.
3. Для каждого положения дна карьера (этапа работ) про-
водят линии откоса рабочих бортов со стороны висячего и ле-
жачего бока залежи до пересечения с поверхностью земли или
конечным контуром карьера. Замена поуступного вычерчива-
ния рабочих бортов (или их участков) линиями общих откосов
допустима, если рабочие площадки на всех уступах борта (или
участка) равны по ширине. Линии откоса бортов могут также
вычерчиваться ломаными и криволинейными.
163
Рис. 5.15. Построение графика режима горных работ методом трапеций:
1 — полезное ископаемое: 2 — горная масса; 3 — вскрышные породы; 4 — текущий коэффициент вскрыши
4. На том же или на другом листе проводят вертикальную
ось (график справа, см. рис. 5.15, л), на которую переносят от-
метки дна разрезных траншей по каждому этапу. На горизон-
тальных линиях графика (см. рис. 5.15, а ~ продолжение сред-
них линий профиля) откладывают для каждого этапа развития
работ в карьере ординаты, выражающие объемы горной массы,
полезного ископаемого и вскрышных пород.
5. Измерителем определяют сумму всех горизонтальных от-
резков между границами этапа, которая является ординатой
горной массы для данного этапа. В этом же масштабе ее откла-
дывают на линии ординат, проходящей посредине между ко-
нечными отметками данного этапа. Например, для этапа VI
(рис. 5.15, б) ординатой горной массы является сумма отрезков
аа' + ЪЪ' 4- сс' + dd' + ее' +ff' + gg' 4- hh' 4- kkr 4- mm' 4- nn'. Ее от-
кладывают посредине между отметками -100 и -120, соответст-
вующими этапу VI.
6. Аналогично суммированием всех отрезков средних ли-
ний горизонтов, находящихся в пределах залежей на данном
этапе, определяют ординаты полезного ископаемого. Напри-
мер, для этапа VI ординатой полезного ископаемого является
сумма отрезков pg 4- of' + gs 4- tr.
7. График горной массы и полезного ископаемого получа-
ется при соединении конечных точек соответствующих ординат
(см. рис. 5.15, а).
Если залежь содержит прослойки пород, извлекаемых раз-
дельно, во избежание частых измерений можно установить их
среднее содержание (в процентах) в залежи и уменьшить соот-
ветственно ординаты полезного ископаемого на графике. Та-
ким же образом учитывают потери полезного ископаемого.
Вычитанием на графике из ординат горной массы ординат по-
лезного ископаемого получают ординаты объемов вскрышных
пород, по которым строят соответствующий график.
Для определения значений текущего коэффициента вскрыши
делят (можно непосредственно измерителем) ординаты вскрыш-
ных пород на ординаты полезного ископаемого и в соответст-
вующем масштабе строят график изменения текущего коэффи-
циента вскрыши в зависимости от углубления горных работ.
Каждая ордината выражает приращение площади горной
массы (полезного ископаемого, вскрыши) при увеличении глу-
бины карьера на единицу. Поэтому площадь, заключенная ме-
165
жду двумя какими-либо ординатами горной массы, осью абс-
цисс и графиком горной массы, является площадью горной
массы, извлекаемой при углублении горных работ между вы-
сотными отметками соответствующих ординат.
Общая площадь между начальной и конечной ординатами,
графиком горной массы и осью абсцисс соответствует в мас-
штабе общей площади горной массы, извлекаемой по данному
геологическому профилю при производстве горных работ до
конечной глубины. Аналогично площадь, заключенная между
графиком полезного ископаемого и осью абсцисс, соответству-
ет площади извлекаемого полезного ископаемого, а площадь
между графиком вскрышных пород и осью абсцисс — площади
вскрышных пород.
Измерение площадей на графике методом трапеций наибо-
лее легко производить с помощью табл. 5.6. Для этого значения
ординат вскрышных пород и полезного ископаемого, являю-
щихся средними линиями трапеций, умножают на высоту каж-
дого этапа (расстояние между соответствующими высотными
отметками в масштабе). Нарастающим итогом показывается
сумма площадей полезного ископаемого и вскрышных пород.
Делением суммы площадей вскрышных пород на сумму площа-
дей полезного ископаемого находят значения среднего коэф-
фициента вскрыши для всех этапов глубины и строят график
его изменения. Все показатели режима горных работ в рас-
сматриваемом профиле связаны с принятым направлением раз-
вития работ и закономерностями формирования бортов карьера.
Для получения натуральных величин извлекаемых объемов
в блоке достаточно умножить площади, указанные в табл. 5.6, на
квадрат масштаба чертежа и на длину блока по простиранию.
По простиранию карьера или его участка рассматривается не-
сколько геологических профилей и должны быть получены свод-
ные графики извлекаемых горной массы и полезного ископае-
мого для всего карьера (участка). Для этого на каждом этапе по
глубине карьера суммируют объемы работ по горной массе,
вскрышным породам и полезному ископаемому в отдельных бло-
ках по простиранию карьерного поля и вычисляют значения те-
кущих и средних коэффициентов вскрыши для всего карьера.
Сводный график по форме обычно соответствует форме
графиков по профилям. По оси абсцисс на нем откладывают
этапы работ по глубине, а по оси ординат — площади горной
массы, полезного ископаемого, вскрышных пород (объемы ра-
166
Таблица 5.6
Результаты подсчета площадей и коэффициентов вскрыши по графику
Показатели Отметка, м
240 220 200 180 160 140 120 100 80
Глубина, м Вскрышные породы: 0 20 40 60 80 100 120 140 160
ордината, мм 17,6 55 73 88 122 172 237 295 337
площадь, мм2 352 1100 1460 1760 2440 3440 4740 5900 6740
сумма, мм2 352 1452 2912 4672 7112 10 552 15 292 21 192 27 932
Полезное ископаемое:
ордината, мм 4,75 15 28 47 48 41 34 31 28
площадь, мм2 95 300 560 940 960 820 620 620 560
сумма, мм2 95 395 955 1895 2855 3675 4355 4975 5535
Средний коэффициент вскрыши, м3/м3 3,72 3,68 3,07 2,46 2,5 2,86 3,52 4,26 5,60
бот при увеличении глубины карьера на единицу). Для большей
компактности сводного графика масштаб ординат и площадей
на этом графике принимают отличным от масштаба для от-
дельных профилей.
При описанном методе геометрического анализа карьерно-
го поля площадь, мм2, от разноса одного торцового борта при
единичном приращении глубины карьера (на 1 мм) учитывает-
ся по формуле
ST = Шя tfctg ут + W2 + Я2) ctg2 Уср, (5.35)
где Шл — ширина дна, мм; Нп, Н» и Н — высота торцового борта
по лежачему, висячему бокам и посредине дна, мм; ут и уср —
угол откоса торцового борта и средний угол откоса по лежаче-
му, висячему и торцовому бортам, градус.
Делением суммы площадей от разноса двух торцовых бор-
тов на сумму извлекаемых запасов для исследуемого горизонта
работ определяется дополнительный текущий коэффициент
вскрыши от разноса торцовых бортов.
Общий объ,ем горной массы, мм3, заключенный в одном
торцовом борту карьера, устанавливается, чтобы уточнить
средний коэффициент вскрыши и общие объемы работ, по вы-
ражению
к = №ctgyr+/f’)ctg2 уср. (5.36)
При вычерчивании этапов положения горных работ углы
откосов рабочих бортов определяются из условия принятой ши-
рины рабочих площадок и высоты уступов.
Графики текущих коэффициентов вскрыши являются дейст-
вительными только при условии, что горные работы развива-
ются так, как это вычерчено на профилях. Построенные графи-
ки текущих объемов горных работ позволяют выявить необхо-
димые и возможные параметры карьера по мере развития
горных работ.
Календарный график объемов вскрышных и добычных ра-
бот может быть получен путем преобразования (трансформа-
ции) графика режима горных работ аналогично методике, из-
ложенной в подразд. 5.7. Пример выполнения геометрического
анализа карьерного поля приведен на рис. 5.16 — 5.19.
168
Масштаб 1:1000
Рис. 5.16. Геологический профиль месторождения
Рис. 5.17. График режима горных работ по профилю:
I — полезное ископаемое; 2 — горная масса; 3 — вскрышные породы; 4 — текущий ко-
эффициент вскрыши; этапы горных работ
Рис. 5.18. Сводный график режима горных работ:
1 —полезное ископаемое; 2 — вскрышные породы
Рис. 5.19. Календарный график горных работ (1 — полезное ископаемое)
5.10. Горно-геометрический анализ изменения
текущих объемов округленных карьерных полей
(по В. В. Ржевскому)
При относительно коротких залежах разведочные линии, как
правило, не параллельны, а в расчетах объемов, особенно при
большой глубине карьера, решающее значение приобретают объ-
емы от разноса торцовых бортов вследствие округленной формы
карьера в плане. В таких условиях целесообразно применять ана-
литические и графические методы определения объемов и коэф-
фициентов вскрыши для отдельных горизонтов и карьера в целом.
Аналогично методу для профилей в этом случае измеряемые
объемы Ki, Fz, ..., относящиеся к породам и полезному иско-
паемому, могут быть представлены в виде произведения площадей
«Vi, S2,Stl на некоторую, одинаковую для всех линейную величи-
ну Яу, которая, в частности, может приниматься равной единице.
Сложение и вычитание объемов в этом случае заменяется сложе-
нием и вычитанием площадей, а коэффициенты вскрыши находят-
ся посредством деления площадей, выражающих элементарные
приращения объемов.
Порядок пользования графическим методом для относи-
тельно коротких залежей заключается в следующем.
1. Для каждого горизонта вычерчивают на топографическом
плане погоризонтные планы залежи в пределах конечных конту-
ров карьера и на них наносят разрезные и вскрывающие траншеи
в соответствии с принятой схемой вскрытия. Нижняя бровка раз-
резной траншеи является в этом случае нижней бровкой рабочей
зоны карьера.
2. На каждом плане должно быть вычерчено положение и
размер верхней бровки рабочей зоны. Положение верхней бров-
ки рабочей зоны устанавлива-
ют по известным углам откоса
рабочего борта с помощью гра-
фика заложений откосов.
Рис. 5.20. Построение верхнего кон-
тура рабочей зоны карьера на топо-
графическом плане
171
3. Для всех горизонтов вычерчивают на планах верхние кон-
туры рабочей зоны с учетом топографии и положения бортов
карьера. Порядок построения верхних контуров следующий
(рис. 5.20):
а) от контуров дна разрезной траншеи в характерных точ-
ках (дна и рельефа поверхности или бортов) проводят 6—12
линий заложения откосов приблизительно перпендикулярно к
контурам дна (7—7, 2—2, 3—3 и т. д.). В тех случаях, когда по-
лезное ископаемое будет извлекаться не только со дна, но и при
разносе бортов, линии заложений следует приурочивать к гео-
логическим профилям;
б) на линиях заложений откладывают точки верхнего кон-
тура (7, 77, 777 и т. д.), м, пользуясь графиком заложений откосов,
либо по выражению
3 = (<7В-0н) ctg ур, (5.37)
где Ов и О» — верхняя и нижняя отметки борта, м; ур — угол
откоса рабочего борта, градус.
Разность отметок <9В - <9И вначале известна только прибли-
зительно (например, для линии 7—7 — от 60 до 80 м и более), и
вследствие этого точка верхнего контура определяется после-
довательным приближением. По приблизительной разнице от-
меток, например 65 м, и известному углу на графике отыскива-
ют заложение и с помощью измерителя откладывают его на
линии 7—7 (отрезок I—Г). Затем уточняют высотную отметку
точки 7 (596,5 м), благодаря чему уточняется разность высот-
ных отметок (66,6 м). По разности отметок уточняют размер
заложения и находят точку 7 верхнего контура. Обычно одно-
кратного уточнения вполне достаточно;
в) точки верхнего контура рабочей зоны соединяют плавной
замкнутой кривой. Следует помнить, что найденные такими
построениями верхние контуры являются истинными верхними
контурами рабочей зоны только при неизменных углах откоса
по глубине. В противном случае эти контуры являются услов-
ными, необходимыми только для вычисления объемов и коэф-
фициентов вскрыши;
г) для определения объемов полезного ископаемого в каж-
дом контуре вычерчивают горизонтальные проекции площади
172
полезного ископаемого в границах дна и располагающегося по
рабочим бортам карьера. Для той части залежи, которая рас-
положена в границах дна, никаких дополнительных постро-
ений не нужно, она вычерчена непосредственно на плане. Для
отыскания горизонтальных проекций тех площадей полезного
ископаемого, которые расположены по бортам, необходимо поль-
зоваться геологическими профилями с нанесенными на них ли-
ниями откосов бортов.
4. Выполненных построений достаточно для определения
объемов и коэффициентов вскрыши. С этой целью строят гра-
фик, по оси абсцисс которого откладывают отметки (глуби-
ны), а на линиях ординат откладывают ординаты горной массы
и полезного ископаемого. Ординатами горной массы для каж-
дого варианта глубины служат проекции площади рабочей зо-
ны 5Р. з, а ординатами полезного ископаемого — соответст-
вующие суммарные проекции площадей полезного ископаемо-
го, уменьшенные на величину потерь. Построение графика
вскрышных пород и коэффициентов вскрыши выполняют ана-
логично описанному выше. Площади в контурах могут изме-
ряться планиметром или другими способами.
5. Каждая ордината горной массы, вскрышных пород и по-
лезного ископаемого означает соответствующий объем, полу-
чаемый при углублении карьера на единицу глубины. Вследст-
вие этого площадь, заключенная между осью абсцисс, графи-
ком горной массы (вскрыши, полезного ископаемого) и любы-
ми двумя ординатами (отметками), выражает объем горной мас-
сы (вскрыши, полезного ископаемого), извлекаемой при углуб-
лении карьера от одной до другой отметки. Пользуясь этим, в
табл. 5.6 находят нарастающим итогом суммарный объем
вскрышных пород, извлекаемого полезного ископаемого и
средний коэффициент вскрыши для планируемых этапов гор-
ных работ.
Подсчет объемов горной массы, вскрышных пород и полезно-
го ископаемого возможно также осуществлять непосредственно на
погоризонтных планах карьера. Для этого на каждый план снача-
ла наносят положение разрезной траншеи, обеспечивающей под-
готовку данного горизонта. Затем на планах вычерчивают линии
фронта работ, положения которых обеспечивают вскрытие и под-
готовку каждого из нижележащих горизонтов при условии сохра-
нения требуемой ширины рабочих площадок уступов. Измерени-
173
ем площадей между смежными линиями фронта работ по вскрыш-
ным породам и полезному ископаемому и последующим умноже-
нием этих площадей на высоту уступа определяют этапные объе-
мы вскрышных и добычных работ на каждом горизонте. Сумми-
рованием объемов, выполнение которых необходимо для вскры-
тия и подготовки определенного горизонта, вычисляют этапные
объемы работ в целом для карьера.
Во многих случаях целесообразно не умножать указанные
площади по полезному ископаемому и вскрышным породам меж-
ду смежными положениями фронта работ уступа на его высоту,
а после суммирования (аналогичного суммированию объемов)
откладывать в виде ординат на графике режима горных работ.
5.17. Степень подготовленности запасов
полезного ископаемого
На открытых горных работах для нормальной деятельности
предприятия особое значение имеет задача управления запасами
горной массы, т. е. запасами полезного ископаемого и опережением
вскрышных работ. При отсутствии на карьере опережения вскрыш-
ных работ и подготовительных запасов к эксплуатации снижается
надежность его работы, что может вызвать простои обогатитель-
ной фабрики и невыполнение плана по готовой продукции.
Планирование объема запасов по подготовленности имеет
своей целью обеспечение надежной работы карьера. В настоя-
щее время оно осуществляется при календарных планах горных
работ, годовых, квартальных и месячных планах. Запасы пла-
нируются либо в натуральных единицах измерения (т, м3), либо
в относительных (в долях единицы от производительности
карьера или в месяцах работы карьера).
По степени подготовленности к добыче запасы полезного
ископаемого разделяются на вскрытые, подготовленные к вы-
емке и готовые к выемке (рис. 5.21).
Вскрытыми называются промышленные запасы, на площа-
ди которых удалены вскрышные породы. К запасам, готовым к
выемке, относятся вскрытые запасы, выемка которых возможна
без нарушения правил технической эксплуатации и правил
безопасности. К подготовленным относятся запасы на лежащих
ниже уступах, выемка которых возможна после выемки гото-
вых к выемке запасов на первом лежащем ниже уступе.
174
Рис. 5.22. Схема и классификация запасов по степени их подготовленности к
добыче при одном («) и двух (б) добычных уступах:
1 — вскрышные породы; 2 — полезное ископаемое; 3 — разрезная траншея; В —
вскрытые запасы; Г — готовые к выемке запасы; Л — подготовленные запасы; РП —
запасы во временных целиках под рабочими площадками; Б — запасы в бермах
(эксплуатационные потери в бортах карьера)
Гипроруда объем подготовленных запасов рекомендует при-
нимать не менее 2—4-месячного запаса соответственно при кру-
глогодовой и сезонной работе.
При разработке угольных месторождений открытым спо-
собом вскрытые и готовые к выемке запасы угля регламенти-
руются на 1 апреля и 10 октября (табл. 5.7).
Таблица 5.7
Принимаемый объем запасов, месяцы работы
Дата подсчета Запасы
подготовленные к зачистке готовые к выемке вскрытые
На 1 апреля 3 2 6
На 1 октября 6 3 12
Нормативные данные по количеству готовых к выемке за-
пасов при разработке песчано-гравийных и песчаных месторо-
ждений даны в табл. 5.8.
175
Таблица 5.8
Нормативные данные по количеству готовых к выемке запасов
Режим вскрышных работ Период Срок работы предприятия (мес.), обеспе- ченный запасами
Круглогодовой ——— 3
Сезонный Начало сезона 2
Конец сезона Продолжительность сезонного пере- рыва плюс 2 мес.
Карьер вводится в работу после окончания строительства
всех зданий и сооружений (в том числе сооружений завода при
разработке гравийно-песчаных и песчаных месторождений)
при состоянии горных работ, позволяющих начать и плано-
мерно наращивать выдачу товарной продукции установленно-
го качества. Производственная мощность карьера должна со-
ставлять не менее 20 % его проектной мощности.
РАЗДЕЛ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ГИДРО-
МЕХАНИЗИРОВАННЫХ
И ДРАЖНЫХ
РАЗРАБОТОК
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Глава 6
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ
КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ
6.1. Терминология. Основные горнотехнические понятия
Терминология — важнейшая составляющая специфическо-
го языка науки и техники. Трудно переоценить важность и обя-
зательность точных формулировок, не искаженной передачи тех-
нической информации и согласованного взаимного понимания
при принятии научных и технических решений и их выполне-
нии. В данном разделе приведены однозначные определения и
толкования терминов, применяемых в горном деле на откры-
тых горных работах при использовании средств гидромехани-
зации и драг.
Наиболее распространенная форма залегания полезных ис-
копаемых — пласты или пластообразные залежи, расположен-
ные на поверхности земли или покрытые наносами (четвертич-
ными отложениями), обычно горизонтальные или слабона-
клонные.
Пласт — форма залегания, при которой порода (полезное
ископаемое) ограничена двумя более или менее параллельными
плоскостями соприкосновения с вмещающими породами (в поч-
ве и кровле). Линза, или линзообразная залежь, имеет форму
овального или округлого тела с уменьшением мощности к краям.
Залегание — пространственное положение горных пород в
земной коре. Вмещающие пласт породы, залегающие над пла-
стом, называют кровлей, под пластом — почвой.
Элементы залегания пласта: простирание, падение и мощ-
ность.
Простирание — направление горизонтальной линии, лежа-
щей в плоскости пласта и называемой линией простирания.
Падение пласта — наклон его к горизонтальной плоскости,
определяемый углом падения.
Линия падения — линия, перпендикулярная линии прости-
рания и лежащая в плоскости пласта. Угол падения образуется
линией падения с горизонтальной плоскостью.
179
Мощность пласта — кратчайшее расстояние (по нормали)
между кровлей и почвой пласта.
Открытые горные работы — совокупность работ, веду-
щихся непосредственно с дневной поверхности с целью добычи
полезного ископаемого, создания насыпей, отвалов, образова-
ния котлованов, выемок и др.
Карьер — 1) совокупность горных выработок с незамкну-
тым поперечным сечением (уступов, траншей, котлованов и
др.), образуемых с целью добычи полезного ископаемого от-
крытым способом; 2) предприятие, ведущее открытые горные
работы.
Запасы полезного ископаемого — количество (масса или объ-
ем) полезного ископаемого и его компонентов, заключенное в
недрах на определенной площади.
Запасы полезного ископаемого балансовые — запасы, исполь-
зование которых технически возможно и экономически целесо-
образно при соблюдении требований законодательства по ра-
циональному использованию недр и охране окружающей среды.
Борт карьера — боковая ограничивающая поверхность карь-
ера, образованная совокупностью откосов и площадок уступов.
Борт карьера нерабочий — борт карьера, образованный со-
вокупностью нерабочих уступов (постоянный борт).
Борт карьера промежуточный — временно нерабочий, по-
лустационарный борт карьера, находящийся в данное время в
стационарном положении, но подлежащий в дальнейшем пере-
мещению.
Борт карьера рабочий — борт карьера, образованный сово-
купностью рабочих уступов.
Бортовое содержание — нижний предел содержания полез-
ного компонента (компонентов) в добываемой руде по приня-
тому нормативу рентабельности или другому основанию.
Вскрывающие выработки — открытые или подземные гор-
ные выработки (траншеи, полутраншеи, стволы, тоннели и др.),
предназначенные для обеспечения транспортного доступа к ра-
бочим горизонтам карьера.
Выработанное пространство — пространство, образован-
ное в результате выемки вмещающих пород и полезного иско-
паемого в контурах карьера.
180
Гидромеханизация — комплексная механизация горных ра-
бот, при которой все или часть рабочих процессов выполняют-
ся за счет энергии потока воды.
Гидромонитор — устройство для создания мощной водяной
струи, с помощью которой разрушается и перемещается по ра-
бочей площадке горная порода.
Гидроотвал — гидротехническое сооружение, предназначен-
ное для гидравлического складирования пород и отвода освет-
ленной воды.
Горно-капитальные работы — совокупность работ по про-
ведению капитальных, разрезных траншей и котлованов, позво-
ляющих выполнять вскрышные и добычные работы в карьере в
соответствии с проектом.
Горный отвод — часть недр, предоставленная государством
предприятию (организации) для промышленной разработки со-
держащихся в них залежей полезных ископаемых.
Грунтовой насос (землесос) — центробежный насос, предна-
значенный для перекачивания гидросмеси по трубам.
Грохочение — процесс разделения (сортировки) сыпучих ма-
териалов на классы по крупности частиц (кусков) на грохотах.
Грузооборот карьера — суммарный объем карьерных гру-
зов, перевозимых в единицу времени.
Драга — специализированное судно, оснащенное оборудо-
ванием для черпания горной массы, ее подъема со дна водоема
для промывки, обогащения, извлечения ценных компонентов и
укладки пустой породы в отвал.
Драглайн — одноковшовый экскаватор с гибкой канатной свя-
зью стрелы и ковша; мощные драглайны (с ковшом вместимостью
5—6 м3 и более) оборудованы, как правило, шагающим ходом.
Обогатимость — оценка возможности и полноты извлече-
ния полезных компонентов из полезного ископаемого или вы-
деления его части с повышенной концентрацией этих компо-
нентов; определяется экспериментально.
Обогащение — совокупность процессов первичной перера-
ботки полезного ископаемого для получения технически цен-
ных или пригодных для дальнейшей металлургической, хими-
ческой или другой переработки (передела) продуктов.
Обогащение мокрое — процессы обогащения полезных ис-
копаемых, осуществляемые в водной среде.
181
Обогащение сухое — процессы обогащения полезных иско-
паемых, осуществляемые в воздушной среде.
Оборудование выемочное — машины и механизмы для вы-
емки породы из массива или развала.
Оборудование гидромеханизации — машины, механизмы или
устройства для гидравлической разработки горных пород, гид-
ротранспорта и гидроотвалообразования.
Оборудование горное — машины и механизмы, предназначен-
ные для выполнения основных и вспомогательных производст-
венных (технологических) процессов на горном предприятии.
Откос борта карьера — условная поверхность, соединяю-
щая верхний и нижний контуры карьера.
Откос уступа — наклонная или вертикальная ограничи-
вающая поверхность уступа со стороны выработанного про-
странства.
Плотик — коренные породы, подстилающие рыхлые отло-
жения россыпи.
Режим горных работ — установленная проектом или ис-
следованием последовательность выполнения объемов вскрыш-
ных и добычных работ во времени.
Запасы полезного ископаемого вскрытые — часть промыш-
ленных запасов, для разработки которых произведены все не-
обходимые работы по вскрытию месторождения или его участ-
ка, проведены дренажные выработки, нарезаны уступы, прой-
дены траншеи или съезды и т. д., а также удалены покрываю-
щие породы.
Запасы полезного ископаемого геологические — количество
полезного ископаемого, выявленное в результате геологоразве-
дочных работ на определенной площади; 3. г. делятся на ба-
лансовые и забалансовые.
Запасы полезного ископаемого забалансовые — запасы, про-
мышленное использование которых в настоящее время эконо-
мически нецелесообразно или технически невозможно, но ко-
торые в дальнейшем могут быть переведены в балансовые за-
пасы.
Запасы полезного ископаемого погашенные — запасы, спи-
санные с баланса горного предприятия вследствие их отработ-
ки или потерь при эксплуатации.
182
Запасы полезного ископаемого промышленные — балансовые
запасы полезного ископаемого и его компонентов в проектных
контурах карьера за вычетом проектных потерь при разработке
месторождения.
Запасы полезного ископаемого эксплуатационные — промыш-
ленные запасы с учетом их разубоживания вмещающими поро-
дами и некондиционными сортами полезного ископаемого.
Заходка — полоса уступа или развала, выемка которой про-
изводится за один проход выемочной машины.
Землесосная установка — совокупность машин и механиз-
мов для перекачивания гидросмеси, включающая в себя грунто-
вой насос, двигатель, аппаратуру управления и др.
Землесосный снаряд (земснаряд) — машина для выемки и
транспортирования горных пород со дна водоема.
Календарный план горных работ — документ, характеризу-
ющий достигнутое и планируемое развитие горных работ в про-
странстве и времени; как правило, представляет собой план гор-
ных работ с выделением извлекаемых объемов вскрышных по-
род и добычи полезного ископаемого по календарным периодам.
Контур карьера — совокупность линий и поверхностей, ог-
раничивающих дневную поверхность и выработанное простран-
ство карьера от массива горных пород.
Коэффициент вскрыши — отношение объема (массы) вскрыш-
ных пород к объему (массе) полезного ископаемого.
Коэффициент вскрыши граничный — максимально допусти-
мый коэффициент вскрыши £гр по условию экономической це-
лесообразности открытой разработки месторождений.
Первичная дамба обвалования — насыпное сооружение, слу-
жащее для обеспечения намыва пород первого яруса.
Пруд-отстойник -— водоем, образующийся на гидроотвале
и служащий для водоснабжения и осаждения мелких фракций.
Пляж — наклонная поверхность между дамбой обвалооб-
разования и прудком, образуемая при надводном намыве.
Майна — незамерзающая часть водоема, предназначенная
для ведения работ в зимних условиях.
Россыпи — скопление кусков (частиц) пород и минералов,
образовавшееся в процессе физического выветривания корен-
ных пород и воздействия на них природных химических факто-
183
ров с разрушением на отдельности различной крупности или
превращением в глину, чаще с переносом от места залегания
материнских пород.
Россыпь аллювиальная — россыпь, образовавшаяся в резуль-
тате переноса разрушенного материала коренных пород водны-
ми потоками на значительные расстояния.
Россыпь верховая — делювиальная россыпь, приуроченная
к верхней части склона долины.
Россыпь делювиальная — россыпь, сложенная материалами,
перемещенными на небольшие расстояния от коренного место-
рождения.
Реконструкция карьера — совокупность работ (горно-стро-
ительных, монтажных, по замене оборудования и др.), выпол-
няемых по специальному проекту с целью продления срока су-
ществования карьера, поддержания или увеличения его произ-
водственной мощности, экономической эффективности и др.
Рекультивация — совокупность горнотехнических, инженер-
но-строительных, мелиоративных, сельскохозяйственных и ле-
сотехнических работ с целью полного восстановления нарушен-
ной дневной поверхности.
Система открытой разработки месторождения — порядок
и последовательность выполнения горных работ в пределах карь-
ерного поля или его части.
Транспорт гидравлический — вид транспорта, при котором
для перемещения горной массы используется энергия потока
воды.
Ядро гидроотвала — внутренняя часть гидроотвала из пы-
левато-глинистых фракций, осажденных в подводных условиях.
Ярус намывных работ — слой пород, намываемый из одно-
го положения пульпопровода.
6.2. Структуры комплексной механизации и их
технологическая характеристика
От сочетания различных средств механизации на вскрыш-
ных работах зависят их основные технико-экономические пока-
затели (производительность труда, себестоимость полезного ис-
копаемого и др.), так как вскрышные работы по объему и тех-
нической оснащенности в некоторых случаях превалируют над
184
добычными работами и являются определяющими в стоимост-
ных показателях. Перспективными схемами механизации вскрыш-
ных работ являются схемы с применением комплекса машин
непрерывного и цикличного действия и гидравлического транс-
порта, обеспечивающие поточность технологии. Это подтвер-
ждает опыт работы роторного экскаватора в комплексе с гид-
ротранспортом на Лебединском карьере и опыт разработки по-
лускальных пород экскаваторами цикличного действия в ком-
плексе с гидротранспортом на угольных карьерах Кузнецкого
угольного бассейна.
Определение структуры комплексной механизации для кон-
кретных условий имеет существенное значение. Под структурой
комплексной механизации открытых разработок полезных ис-
копаемых понимается определенная взаимосвязь машин и ме-
ханизмов, предназначенных для замены тяжелого ручного тру-
да и выполнения производственного задания с наилучшими тех-
нико-экономическими показателями.
Подготовка горных пород к пульпообразованию, пульпооб-
разование с последующей доставкой пульпы к землесосной стан-
ции первого подъема, гидротранспортирование горной массы к
гидроотвалам, складам обогатительных установок, гидроотвало-
образование, монтаж, демонтаж и передвижка трубопроводов,
профилактическое переворачивание трубопроводов, передвиж-
ка оборудования, подрезка уступов — все это процессы, выпол-
няемые определенной структурой комплексной механизации.
На выбор структуры комплексной механизации большое
влияние оказывают физико-механические свойства разрабаты-
ваемых пород.
Проблемы совершенствования и расширения области при-
менения гидромеханизации на базе комплексной механизации
основных производственных процессов должны решаться в за-
висимости от усложнения горно-геологических условий разра-
ботки месторождений и научно-технического прогресса по гор-
нодобывающим отраслям в целом. В первую очередь при этом
необходимо уделять внимание совершенствованию технологии
с использованием средств гидромеханизации на действующих
горных предприятиях, т. е. на тех предприятиях, где использу-
ется гидромеханизация. В последующем, для тех же условий
или более сложных, необходимо решать проблему на уровне
создания и внедрения новых технологических решений по всем
185
процессам горного производства. В настоящее время техниче-
ский прогресс в горнодобывающей промышленности направлен
на создание технологии с поточным производством не только
при выемке и погрузке в забое, но и по всей технологической
цепочке от забоя до места укладки (разгрузки) горной массы.
Соответственно под поточной технологией гидромеханизации
понимается комплекс взаимоувязанных во времени и простран-
стве процессов гидровыемки, гидротранспортирования и гидро-
укладки, что может обеспечить максимальный уровень интен-
сификации производства. Но в зависимости от горно- и гидро-
геологических и климатических условий разрабатываемого ме-
сторождения в структуру комплексной механизации может вхо-
дить гидромеханизация как отдельное звено. Но в этих, как и в
обычных условиях, для достижения наилучших технико-эконо-
мических показателей, прежде всего производительности, струк-
тура механизации должна быть не только комплексной, но и
комплектной. А это значит, что должно быть качественное и
количественное соответствие составляющих комплексов по всем
процессам как друг другу, так и горно-геологическим и горно-
технологическим условиям разработки.
Общая классификация структур комплексной механизации
достаточно детально была разработана акад. В.В. Ржевским, в
соответствии с которой гидромеханизация может использо-
ваться в комплексах ВТО, ЭТО, ВТР и ЭТР. Однако более ши-
рокого представления о структуре комплексной гидромехани-
зации эта классификация не дает. На основании горно- и гид-
рогеологических и климатических условий, опытных данных и
научных исследований разработаны структуры комплексной
гидромеханизации (в том числе с учетом использования в ком-
плексе одного звена гидромеханизации), применяемые и вне-
дряемые на обводненных песчано-гравийных месторождениях,
дноуглубительных и вскрышных работах карьеров (табл. 6.1).
Приведенная классификация позволяет упростить выбор
схемы комплексной механизации для конкретных условий и яв-
ляется важным узлом при решении задач установления типа
выемочного и транспортного оборудования, элементов систе-
мы разработки и производительности карьера.
Условные обозначения отдельных звеньев и краткое описа-
ние области применения гидрокомплексов приведены соответ-
ственно в табл. 6.2 и 6.3.
186
Таблица 6.1
Структуры комплексной гидромеханизации
Вид схем Область применения комплекса Пример гидрокомплекса Индекс комплекса
Схемы с использованием землесосных снарядов При разработке обводненных песчано-гравийных пород <О-н° °.°Л— SUX/ м Ч 3-1
3-2
3-3
SHXIP М 3-4
SjE2 « иви ь м . м 3-5
3-6
ст— СЕЙ 3-7
<Цро О оД <13-4.00 ofl-ч та.г'п? ушу 2шз£ 3-8
d^re5[}-tXt—НГУ^ ПЕшЗ 3-9
о о fl— КСЗ-10
КСЗ-11
<f3ooo|}0^ Q О QI nfi* / * *1^. дГ***1*"^ «ъ К[ 3-12
«ни &ГТ р • SI ГЗ-13
187
Продолжение табл. б. 1
Схемы с использованием много- и одночерпаковых Схемы с использованием землесосных снарядов
снарядов g ё
При разработке обводненных песчано-
гравийных пород
При разработке обводненных песчано-гравийных пород
Продолжение табл. б. /
Схемы с использованием гидромони- торно-землесосных комплексов Схемы с использо- ванием грейферных снарядов и подвод- ных земснарядов Схемы с использованием самоотвозных земснарядов Вид схем
При подготовке по- род к размыву водо- насыщением и взрыв- ным способом При гидромони- торном размыве пород в массиве При разработке об- водненных песчано- гравийных пород При разработке обводненных песчано-гравийных пород Область применения комплекса
о а i Т □да nJXn яит Пример гидрокомплекса
в. эд
и
о
! * Ав • 1111 I
т га J Г*-1
1 (о о 1 о! о о а
1
СГЗ-4 вгз-з 1 ГЗ-2 ГЗ-1 ПЗ-1 i ГС-1 СЗ-5 СЗ-З СЗ-2 СЗ-4 СЗ-1 Индекс комплекса
Продолжение табл. 6.1
Окончание табл. 6.1
Таблица 6.2
Условные обозначения отдельных звеньев гидрокомплексов
Условное обозначение Наименование Условное обозначение Наименование
Земснаряд Грунтомет
fl""' Самоотвозной зем- снаряд ^^“CZZZl Землесосная стан- ция
Самоотвозной зем- снаряд, оборудо- ванный сортиро- вочной установкой Автосамосвал
Подводный земсна- ряд на гусеничном ходу Конвейер
«о Многочерпаковый снаряд Плавучий конвейер
Г*""" дй «д Эрлифтный земсна- ряд Лоток
Одночерпаковый снаряд «до I лжежим) д щшмцидцшми д Я| Iitf нАм Виброгрохот
Грейферный снаряд Бункер
Одночерпаковый снаряд самоходный Перегружатель
Шаланда или баржа Локомотив
Плавучая насосная станция $ Обезвоживающая установка
+н] Многочерпаковый снаряд, оборудован- ный сортировочной установкой Подводный бульдозер
192
Окончание табл. 6.2
Условное обозначение Наименование Условное обозначение Наименование
Многочерпаковый экскаватор на рель- совом ходу । В IlllllillllWl J Смеситель
Драглайн Г идроклассификатор
Канатно-скреперная установка Подводный склад или отвал
*"”1 Бульдозер Склад полезного ис- копаемого или зем- ляное сооружение
Г идромонитор < Конический грохот
|y>QQ Пульпопровод Сортировочная ус- тановка
Подвесной пульпо- провод Водопровод водо- насыщеиия
(=и Водопровод Буровой станок
udO Подводный пульпо- провод Роторный экскава- тор
oiZZZO Пульпомет 1 Уступоподрезающая машина
f'tiP 1 <=zrs=» Дробилка передвиж- ная или стационарная Гидроэлеватор
Экскаватор-мехло- пата
193
Таблица 6.3
Краткое описание области применения гидрокомплексов
Индекс комплекса Условия применения
3-1 Широко распространенная схема комплекса гидрооборудования; разработка песчано-гравийных месторождений
3-2 Разработка песчано-гравийных месторождений при проходке углубляемой прорези или пионерной траншеи (для вскрытия ме- сторождения)
3-3 Намыв гидротехнических сооружений
3-4 Разработка добываемого материала рефулированием
3-5 Разработка песчано-гравийных месторождений, отдаленных от бе- реговой зоны
3-6 Проходка каналов или пионерных траншей для вскрытия песча- но-гравийного месторождения, когда укладывать грунт на водную акваторию запрещено требованиями охраны окружающей среды или по другим причинам
3-7 Разработка грунта земснарядами с большим грузопотоком и ук- ладка грунта в гидротехническое сооружение (дамбу, перемычку и т. д.)
3-8 Разработка грунта земснарядами с большим грузопотоком и укладка грунта в земляное сооружение (дорогу, площадку и т. д.)
3-9 Разработка земснарядами песчано-гравийных месторождений, удаленных от места складирования (строительства земляных сооружений)
КСЗ-10 Разработка песчано-гравийных месторождений, когда затруд- нено перемещение плавучего земснаряда в акватории карьера
КСЗ-11 Разработка песчано-гравийных месторождений, удаленных от места складирования горной массы, с предварительным ее обезвоживанием и формированием карты намыва методом от- сыпки
3-12 Разработка песчано-гравийных месторождений, удаленных от места складирования полезного ископаемого, с применением перекачивающих гидросмесь средств и предварительным разде- лением гидросмеси по крупности фракций
3-13 Разработка песчано-гравийных пород (когда имеется высо- кий надводный уступ) гидромониторами в комплексе с зем- снарядом
3-14 Разработка песчано-гравийных месторождений в прибрежной зоне земснарядом с разделением гидросмеси сортировочной ус- тановкой на два грузопотока
194
Продолжение табл. 6.3
Индекс комплекса Условия применения
3-15 Разработка песчано-гравийных месторождений, удаленных от береговой зоны, земснарядом с применением плавучих транс- портных средств. Оснащен комплексом для транспортирования горной массы на берег и сортировочной установкой, разделяю- щей грузопоток по требуемому качеству
3-16 Разработка песчано-гравийных месторождений земснарядом с сортировкой гидросмеси по требуемому качеству и складирова- нием горной массы на берегу
3-17 Разработка песчано-гравийных месторождений земснарядом с обезвоживанием складируемой горной массы и отводом мелких частиц в выработанное пространство карьера
3-18 Разработка песчано-гравийных месторождений земснарядами с транспортированием горной массы на большие расстояния
3-19 Разработка песчано-гравийных месторождений, удаленных от места складирования (строительства земляных сооружений), с применением цикличного гидротранспорта
3-20 Широко распространенная схема разработки и транс портиро- вания песчано-гравийной массы при строительстве земляных сооружений, удаленных от места разработки
3-21 Разработка песчано-гравийных месторождений с содержанием гравия по массе не более 35 %, удаленных от места формирова- ния подводного отвала
3-22 Разработка песчано-гравийных месторождений земснарядом с применением сортировочного комплекса
3-23 Разработка песчано-гравийных месторождений с применением сортировочного комплекса для разделения гидросмеси по за- данному фракционному составу
3-24 Разработка песчано-гравийных месторождений земснарядом с применением сортировочного комплекса и смесителя для разде- ления и транспортировки гидросмеси по заданному фракцион- ному составу
3-25 Разработка песчано-гравийных месторождений,. удаленных от мест укладки грунта (полезного ископаемого), с большим гру- зопотоком, с применением земснарядов с различными характе- ристиками и с производством планировочных или формировоч- ных работ бульдозерами
3-26 Разработка песчано-гравийных месторождений с большим гру- зопотоком, с применением земснарядов с одинаковыми напор- ными характеристиками и с производством планировочных или формировочных работ бульдозерами
195
Продолжение табл. 6.3
Индекс комплекса Условия применения
3-27 Разработка песчано-гравийных месторождений с большим гру- зопотоком горной массы с использованием земснарядов раз- личных типов и производством планировочных или формиро- вочных работ бульдозером
3-28 Разработка песчано-гравийных месторождений земснарядами, с большим грузопотоком горной массы, удаленных от места скла- дирования, с применением автотранспорта и производством пла- нировочных или формировочных работ бульдозерами
ЭЗ-1 Разработка месторождений, удаленных от места разгрузки гор- ной массы
МС-1 Разработка песчано-гравийных месторождений с содержанием валунов не более 3 % и транспортированием горной массы на берег по пульпопроводу
МС-2 Разработка песчано-гравийных месторождений, удаленных от берега, многочерпаковыми снарядами, оснащенными обогати- тельной или сортировочной установкой
МС-3 Разработка песчано-гравийных месторождений, содержащих валунов не более 3 % общей массы, удаленных от береговой зоны, оснащенной в месте разгрузки сортировочной установ- кой для раздельного формирования складов полезного иско- паемого
МС-4 Разработка песчано-гравийных месторождений многочерпако- вым снарядом, оснащенным сортировочной установкой для разделения горной массы на три грузопотока, и складирование полезного ископаемого на берегу
ОС-1 Применяется в мелководных карьерах для разработки донных речных и озерных месторождений и складирования горной мас- сы на берегу
СЗ-1 Разработка горной массы самоотвозным земснарядом и форми- рование подводного склада
СЗ-2 Разработка месторождений самоотвозным земснарядом, осна- щенным обогатительным оборудованием
сз-з Разработка песчано-гравийных месторождений, удаленных от бе- реговой зоны, земснарядом, оснащенным сортировочной уста- новкой
СЗ-4 Разработка песчано-гравийных месторождений, удаленных от береговой зоны, самоотвозным земснарядом, оснащенным сор- тировочной установкой, с доставкой полезного ископаемого к берегу и его разгрузкой плавучим конвейером на береговой склад
196
Окончание табл. 6.3
Индекс комплекса Условия применения
СЗ-5 Разработка песчано-гравийных месторождений самоотвозным земснарядом, оснащенным сортировочной установкой, с приме- нением в комплексе плавучих грейферных снарядов, конвейеров и других транспортных средств
ГС-1 Разработка песчано-гравийных месторождений в прибрежной зоне плавучим грейферным снарядом с разделением горной массы сор- тировочной установкой на два грузопотока
ПЗ-1 Разработка месторождений полезных ископаемых подводным земснарядом на гусеничном ходу с гидротранспортированием горной массы на берег
ГЗ-1 Разработка легкоразмываемых вскрышных пород на карьерах
ГЗ-2 То же, с попутным выделением полезного ископаемого
вгз-з Разработка трудноразмываемых вскрышных пород с предвари- тельным их водонасыщением в массиве
СГЗ-4 То же, с предварительным взрыванием породы на сотрясение
ПГЗ-5 То же, с использованием уступоподрезающих машин
ЭГЗ-6 Разработка трудноразмываемых вскрышных пород с использо- ванием роторных экскаваторов
ЭГЗ-7 То же, с использованием экскаваторов-драглайнов
ЭГЗ-8 То же
ЭГЗ-9 То же, с использованием бульдозеров
ЭГЗ-10 То же, с использованием экскаваторов-мехлопат
ЭГЗ-11 То же
ЭГЗ-12 То же
ЭГЗ-13 Разработка трудноразмываемых вскрышных'пород с использо- ванием экскаваторов-мехлопат и попутным выделением полез- ного ископаемого
ЭДГ-1 Разработка полускальных пород с использованием стационар- ных (полустационарных) дробильных установок
ЭДГ-2 То же, с использованием самоходных дробильных установок
эдг-з То же, с подготовкой горной массы к выемке буровзрывным способом
Решение задачи формирования структуры комплексной ги-
дромеханизации в настоящее время возможно лишь после про-
197
ведения более глубокого научного анализа принципов форми-
рования этих структур, в основу которого необходимо поло-
жить принцип использования двух наиболее существенных для
хозяйства страны признаков — области применения и условий
применения. Кроме того, в целях качественного решения этой
задачи дополнительно рассмотрена возможность влияния на
эффективность применения структур комплексной гидромеха-
низации таких существенных факторов, как специфика гидро-
механизированных работ предприятий, преемственность тех или
иных комплексов для различных погодно-климатических зон
территории страны, экологичности комплексов, т. е. установле-
ния степени влияния работы того или иного гидрокомплекса на
окружающую среду, а также способов размещения и хранения
отработанной горной массы.
Обобщение автором проведенных исследований позволяет
представить преемственность тех или иных видов гидромехани-
зированных работ и гидрокомплексов в зависимости от реаль-
ных условий месторождений в виде качественной табл. 6.4.
Таблица 6.4
Распределение видов гидромеханизированных работ
Условия гидромеханизи- рованных работ Гидромеханизированные работы
Дноуглу- бительные Разработ- ка про- фильных выемок Строитель- ство зем- ляных со- оружений Разработ- ка вскры- шных ПО- РОД Добыча полезных ископа- емых
1. Горне Мощность залежи полез- ных ископа- емых Степень обводнен- ности Породы ^геологически Малая, до 3—5 м Средняя, 5—20 м Большая, более 20 м Необвод- ненные Мелко- водные Глубоко- водные Рыхлые Средней плотности Плотные te и гидроге + + + + + алогически + + + + + + te условия л + + + + + ^стороже + + + + + + + )ений + + + + + + +
198
Окончание табл. 6.4
Условия гидромеханизи- рованных работ Гидромеханизироваиные работы
Дноуглу- бительные Разработ- ка про- фильных выемок Строитель- ство зем- ляных со- оружений Разработ- ка вскры- шных по- род Добыча полезных ископа- емых
2. Специфические условия предприятия
Предвари- Без перера- + 4- + 4- 4-
тельная пе- ботки
реработка С перера- 4- +
полезного боткой
ископаемо- Сортировка 4- +
го или гор- Обогащение +
ной массы
Транспор- С промежу- 4- 4-
тироваиие точным скла-
полезного дированием
ископаемо- Без проме- 4- -1- 4- 4- 4-
го или гор- жуточного
ной массы складиро-
вания
3. Дальность гидротранспортирования горных пород
Бестранспор- + +
тная
Г идротранс- До 1 км + + 4" 4- 4-
портирова- Or 1 до 3 км + + 4- 4-
ние на рас- Более 3 км 4- 4- 4-
стояние
Комбини- До 10 км 4- 4-
рованный Свыше 10 км + 4-
транспорт
4. Грузооборот карьера
Грузооборот, До 1 + +
тыс. т/сут 4—5 + + + 4-
5—10 + + 4-
10—20 +
Свыше 20 +
Глава 7
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГИДРОМОНИТОРНО-
ЗЕМЛЕСОСНЫХ КОМПЛЕКСОВ
7.1. Вскрытие карьерных полей
и состав горно-капитальных работ
7.1.1. Общие сведения
Вскрытие карьерного поля заключается в обеспечении гру-
зотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью пу-
тем сооружения специальных горных выработок (котлованов,
разрезных траншей, зумпфов). Чаще всего вскрытие карьерно-
го поля (месторождения) осуществляется проведением котло-
вана. От месторасположения вскрывающей горной выработки
в пределах карьерного поля в значительной мере зависят тех-
нико-экономические показатели работы гидрокомплексов.
На выбор места заложения вскрывающих выработок влия-
ют рельеф поверхности, элементы залегания месторождения,
инженерно-геологические условия его залегания и др.
Рельеф поверхности в районе месторождения оказывает вли-
яние на размещение поверхностных технических и хозяйствен-
ных сооружений и внешних гидроотвалов, а также на располо-
жение вскрывающих выработок и трассирование пульпопрово-
дов и водоводов как внутри карьера, так и на его поверхности.
Элементы залегания месторождения (форма и размеры, глу-
бина залегания и угол падения) имеют решающее влияние на вы-
бор места заложения вскрывающей выработки. Вскрывающую
выработку (в частности, котлован) желательно располагать в
том месте, где наименьшая геодезическая отметка кровли пла-
ста полезного ископаемого, или ниже уступа, отрабатываемого
экскаватором. Это позволит благодаря использованию подте-
кания гидросмеси по естественному уклону резко сократить чи-
сло передвижек землесосной станции первого подъема (забой-
ной установки), увеличить объем породы, отрабатываемой с
одного положения гидроустановки, значительно уменьшить
200
или свести на нет объем недомытой породы и обеспечить отвод
дренажных вод в случае обводненности месторождения.
Таким образом, вскрывающие выработки могут распола-
гаться как на флангах, так и в центральной части карьерного
поля (рис. 7.1).
Размещение вскрывающих выработок и направление раз-
вития горных работ в пределах карьерного поля определяют не
только вышеупомянутое, но и объем горно-капитальных работ
и первоначальной гидровскрыши, сроки строительства и дос-
тижения проектной производственной мощности карьера по до-
быче полезного ископаемого, а также величину затрат.
Рис. 7.1. Схема расположения котлованов при вскрытии карьерного поля:
1 —на флангах карьерного поля; 2 — сдвоенного котлована в центральной части; 3—
контур разрезной траншеи; К — скорость подвигания забоя; Иф — скорость подвига-
ния фронта горных работ
7.1.2. Трассирование трубопроводов и водозаводных канав
При гидравлической разработке месторождений трассиро-
вание трубопроводов в карьере может быть продольным и по-
перечным. Трубы обычно укладывают на деревянные подклад-
ки (клетки или лежки). На длинных участках по трассе магист-
рального трубопровода необходимо устанавливать компенса-
торы. Магистральный трубопровод прокладывают по кратчай-
шему расстоянию с учетом рельефа местности и перемещения
фронта горных работ в карьере. По трассе трубопровода в низ-
ких местах устанавливают задвижки для выпуска воды (при ве-
дении ремонтных работ), а на возвышенных местах — воздуш-
ные клапаны. Место укладки трубопровода выравнивают с по-
мощью бульдозера до необходимой отметки. В пониженных
201
местах у задвижек для спуска воды проводят водоотводные ка-
навы. В случае трассирования трубопровода через овраг или на
косогоре сооружают помосты или забивают сваи. Трасса тру-
бопроводов должна быть по возможности без криволинейных
участков, минимальной длины.
Водозаводные канавы проводят в водоупорных породах,
через которые утечка воды была бы незначительна. Если на пу-
ти трассирования имеются большие возвышенности, то канаву
заменяют тоннелем. С увеличением откоса увала объем работ
по сооружению канавы резко возрастает за счет образования
горизонтальной площадки.
С целью уменьшения затрат на содержание земляных канав
необходимо, чтобы скорость потока воды была равна или
больше критической скорости. Обычно скорость воды в земля-
ных канавах составляет 0,7—1,2 м/с. При такой скорости дости-
гается меньший размыв стенок канавы.
7.1.3. Способы вскрытия карьерных полей
Необходимо иметь в виду, что средства гидромеханизации
могут использоваться на открытых горных работах как само-
стоятельно, так и в сочетании с другими комплексами карьера.
При разработке железорудных и угольных месторождений
гидромеханизация используется на передовых уступах, и в этом
случае вскрытие всех рабочих горизонтов осуществляется, как
правило, капитальными траншеями, которые обеспечивают пе-
ревозку горной массы. При этом применяют все те способы
вскрытия, которые приведены в классификации основных спо-
собов вскрытия В.В. Ржевского (табл. 7.1).
При самостоятельном использовании гидромониторно-зем-
лесосных комплексов вскрытие карьерных полей в основном
может осуществляться двумя способами: котлованом и разрез-
ной траншеей (канавой).
Вскрытие котлованом. При этом способе вскрытия карьер-
ного поля горные работы на горизонте начинают с создания
первоначального фронта, для чего проводят от котлована раз-
резную траншею. Далее, в зависимости от места расположения
котлованов относительно конечных контуров карьера, произ-
водят разнос одного или двух бортов разрезной траншеи. Чис-
ло котлованов, вскрывающих горизонт, может быть один, два,
три и более (см. рис. 7.1) в зависимости от типа применяемого
202
оборудования, мощности вскрышной толщи, длины фронта ра-
бот на уступе и срока ввода карьера в эксплуатацию. Общую
длину пульпопроводов Ln и водоводов LB при этом можно оп-
ределить по формуле (рис. 7.2)
Таблица 7.1
Классификация способов вскрытия
Признак способа вскрытия Способ вскрытия
Открытыми выработ- ками (траншеями) Подземными выра- ботками Комбинацией откры- тых и подземных вы- работок
Положение вскры- вающих выработок относительно ко- нечного контура карьера Внешними, I внутренними или с мешанными
Стационарность выработок Стационарными, полустационарны- ми и временными (скользящими) Стационарными Стационарными или комбинацией стационарных с по- лусгационарными (временными)
Наклон выработок Крутыми или на- клонными Вертикальными, крутыми, наклон- ными или гори- зонтальными Комбинацией вер- тикальных, крутых, наклонных или го- ризонтальных
Число обслужива- емых горизонтов Отдельными, групповыми hj ш общими
Характер движе- ния транспортных средств на уступе (поточное или ма- ятниковое) Оди1 тарными или пари ыми
4(в) =[(Лф1 -2//ctg у,б)/Мз1][М31+(Мз1 -1)+(М31 -2)+
+(М3|-3)+...+ (М31-Л/3|)]+[(Жтг/8т 7„,6)Н.П(В)Х’ (7J)
где L(|)i — длина фронта горных работ на уступе, м; Н — мощ-
ность вскрышных пород (высота уступа), м; ун б — угол откоса
нерабочего борта карьера, град; Ми — число землесосных ус-
203
тановок на уступе; Кт. г — коэффициент развития трассы (Аг. г s
= 1,1); /м.п(в)—длина магистрального пульпопровода (водовода), м.
Число землесосных установок на уступе будет зависеть в
любом случае от скорости подвигания фронта работ и числа
рабочих дней в году, т. е. от коэффициента сезонности Асез дан-
ного региона. Коэффициент сезонности можно определить из
соотношения числа дней сезона гидромеханизации и числа ра-
бочих дней карьера в году. Значения Кс<п в зависимости от тем-
пературной зоны нашей страны и соответственно продолжи-
тельность работы гидромеханизации в году приведены ниже.
Коэффициент сезонности в зависимости от температурной зоны
Температур- ная зона I II III IV V VI
Ориентире-
вочное чи-
ело рабочих дней 230—260 190—230 170—190 150—170 135—150 125—135
(Кавказ (Ставро- (Юг За- (РФ без (Северные (Тюмен-
РФ) польский падной Юга) районы ская, Якут-
и Красно- Сибири, РФ, Кра- екая, Ма-
дарский Дальнего сноярский гаданская
края) Востока) край) области)
Коэффици- ент сезонно- сти 0,634-0,71 0,52-4-0,63 0,46-4-0,52 0,41+0,46 0,37 + 0,41 0,34 + 0,37
Годовой объем гидровскрыши Qr будет зависеть от скоро-
сти подвигания фронта горных работ Vn на нижерасположен-
ных уступах, м3:
ег=£ф^-Я,3) (7.2)
Л.сез
где Дф — длина фронта горных работ на четвертичных отложе-
ниях, м; Яр. з — высота рабочей зоны по гидровскрыше (или вы-
сота уступа), м.
Число гидромониторно-землесосных комплексов определя-
ется по формуле
^.к=а/а, (7.3)
где Q3 — производительность гидрокомплекса (грунтового на-
соса) по породе, м3/год.
204
Рис. 7.2. Схема к расчету общей длины трубопроводов гидросмеси (воды) на
карьере:
Лф1 — длина фронта работ на уступе; И» — скорость подвигания забоя; К|> — скорость
подвигания фронта горных работ на уступе
Зависимости производительности грунтовых насосов по
породе от их типа, коэффициента сезонности и группы разра-
батываемой породы приведены на рис. 7.3.
При разработке обводненных месторождений с необвод-
ненной толщей рыхлых вскрышных пород, разрабатываемых
гидромониторами, вскрышной горизонт вскрывается пионер-
ным котлованом и наклонной траншеей до подошвы уступа.
Добычной горизонт также вскрывается котлованом (рис. 7.4).
В случае гидромониторной разработки необводненных пес-
чаных месторождений, покрытых толщей рыхлых пород, вскрыш-
ной горизонт вскрывается пионерными котлованами и наклон-
ными траншеями внешнего заложения. Добычной горизонт
вскрывается пионерными котлованами и наклонными транше-
ями внутреннего заложения (рис. 7.5).
Если рыхлые вскрышные породы разрабатываются гидро-
мониторами, а полезное ископаемое — экскаваторами, то вскрыш-
ной горизонт вскрывается пионерными котлованами, добыч-
ной горизонт — наклонными траншеями внутреннего заложе-
ния (рис. 7.6).
При разработке россыпных месторождений вскрытие котло-
ваном применяется в условиях наиболее сложного залегания рос-
сыпи (при неровном плотике с невыдержанным уклоном и боль-
шом объеме работ по проведению канавы). Котлован устраивают
в местах, где плотик имеет наиболее низкие отметки (рис. 7.7).
205
а б
в
Q — UT^ w» i™» ИИ» Q 5М / Ml
Q“Дм^/м"** .....* "*™•* .............****"" • *** *
Рис. 7.3. Зависимости годовой производительности грунтовых насосов по по-
роде (а—д) и коэффициента сезонности К<м (е) от числа рабочих дней № за сезон:
а, б, в, г и () — для насосов ЗГМ-1М, ЗГМ-2М, ЗГМ-ЗМ, 20РМ-11М и ГР-4000/71
Рис. 7.4. Схема вскрытия песчано-гравийного месторождения с использовани-
ем гидромониторно-землесосных комплексов и земснарядов:
1 — землесосная станция; 2 — гидромонитор; 3 — задвижка; 4 — зумпф; 5 — земсна-
ряд; б— водовод; 7—пульпопровод; 8—плавучий пульпопровод
Вскрытие канавой. Вскрытие канавой наиболее экономич-
ный и широко применяемый способ при разработке россыпных
месторождений. Канаву проводят обычно с уклоном i = 0,015+
+ 0,04. Место заложения канавы выбирают таким образом, что-
бы была возможность разместить за ее устьем хвосты обогаще-
ния, транспортируемые по канаве самотеком. Канавы глубиной
до 5—6 м проводят с помощью гидромонитора, устанавливае-
мого на поверхности россыпи в начале канавы. Для проведения
канав используют также бульдозеры. Глубокие канавы наибо-
лее экономично проводить экскаваторами (рис. 7.8).
207
Рис. 7.5. Схема вскрытия песчаного месторождения с использованием гидро-
мониторно-землесосных установок
Рис. 7.6. Схема вскрытия песчано-гравийного месторождения с использовани-
ем гидромониторно-землесосных комплексов и мехлопат (экскаваторов):
1 — землесосная станция; 2 — гидромонитор; 3 — задвижка; 4 — зумпф; 5 — водовод;
6 — пульпопровод; 7 — мехлопата; 8 — автосамосвал
Рис. 7.7. Схема вскрытия россыпи котлованом:
1 — землесосная станция; 2 — гидромонитор; 3 — зумпф; 4 — направляющие щиты; 5
водовод; б — пульпопровод
Рис. 7.8. Схема вскрытия россыпи канавой:
/ — канава; 2 — промышленный контур россыпи
При независимом вскрытии к каждому горизонту проводят
самостоятельную выработку. Например, верхний горизонт мож-
но вскрывать канавой, нижний — котлованом. Этот способ целе-
сообразно применять на россыпях большой мощности и при не-
обходимости раздельной выемки отдельных слоев (горизонтов).
Вскрытие россыпных месторождений обычно осуществляют
исходя из условий залегания россыпи, мощности рыхлых отло-
жений и расположения россыпи относительно пойменной части
долины (табл. 7.2).
Таблица 7.2
Применение различных способов вскрытия при гидравлической
разработке россыпей
Способ вскрытия Область и условия применения
Выносной канавой Котлованом Углубленным котлованом Штольней Канавой и котлованом Бортовой Независимый То же, отдельными заходами Террасовые или увальные россыпи с небольшой (6—12 м) глубиной залегания при возможности самотечного раз- мещения размытых пород, транспортируемых по ка- наве с уклоном 0,015—0,04, а также россыпи в руслах небольших речек со значительным продольным укло- ном. Длина выносной канавы в пределах разреза 40— 150 м, за его пределами — до 1000 м и более Русловые и пойменные или террасовые (при глубоком залегании плотика) россыпи со сложными условиями залегания (неровный плотик, невыдержанные уклоны) при отсутствии возможности самотечного размещения размытых пород Россыпи, разрабатываемые двумя уступами: верхний — гидравлическим способом, нижний — с применением землеройной техники. Заглубление котлована верхне- го горизонта в породы нижнего 4—2 м Мощные террасовые россыпи при условии экономиче- ской целесообразности по сравнению со вскрытием канавой Россыпи в руслах небольших рек с продольным уклоном 0,01—0,04 и глубокие террасовые (увальные) россыпи Россыпи или их участки, примыкающие к краю терра- сы или увала. Целесообразно при водоснабжении с ес- тественным напором Мощные россыпи, разрабатываемые несколькими ус- тупами (горизонтами). Нижний уступ вскрывают ка- навами, верхний — котлованом. Необходимость раз- дельной выемки. Возможно сочетание гидравлической разработки с использованием землеройной техники Неглубоко залегающие (2—4 м) россыпи, имеющие зна- чительную (более 60—80 м) ширину
210
7.1.4. Объемы пионерных котлованов
(разрезных траншей) и съездов
Для проведения котлованов применяют, как правило, драг-
лайны или бульдозеры. Глубина котлованов, располагаемых на
вскрывающих горизонтах, равна высоте разрабатываемого ус-
тупа. Размеры котлована принимаются минимальными, они
должны обеспечивать возможность размещения средств гидро-
оборудования и трубопроводов. Для доставки в котлован ра-
бочих, оборудования и трубопроводов проводится наклонная
траншея-съезд с уклоном i = 1 / 7-5-1 /10 и шириной по низу &н.т =
= 12 м. Для создания на вскрытом уступе первоначального
фронта горных работ от котлована проводят разрезную тран-
шею (см. рис. 7.1). Ширина разрезной траншеи по дну будет за-
висеть от ширины заходки гидромонитора и расчетного числа
гидромониторов.
Отработка горизонта осуществляется посредством разноса
одного или обоих бортов разрезной траншеи в зависимости от
места расположения котлована (или котлованов) относительно
конечных контуров карьера.
Углы откосов рабочих и нерабочих бортов котлованов и
разрезных траншей в зависимости от физико-механических
свойств разрабатываемых пород могут быть равны соответст-
венно 50—80 и 35—60°.
Объем котлована и разрезной траншеи, м3, определяется по
формуле
K,(pT)=(& + tf,ctg а)Я,1.
(7.4)
где b — ширина котлована (разрезной траншеи) по дну, м; Ну —
высота разрабатываемого уступа, м; a — угол откоса (усред-
ненный) борта котлована (разрезной траншеи), град; L — дан-
на котлована (разрезной траншеи) по дну, м.
Объем наклонной траншеи-съезда, м3, определяется по фор-
муле
(7.5)
211
где i — уклон траншеи, доли ед.; Ьп т — ширина наклонной тран-
шеи по дну, м.
Минимальные размеры начального котлована по дну (глу-
биной примерно 10 м) на одну гидромониторно-землесосную ус-
тановку приведены ниже.
Производительность
установки по воде, м3/ч ...... < 2200 2200 4- 4000 > 4000
Размер по дну
(ширина х длина), м ......... 15 x15 20 х 20 25 х 25
7.2. Системы разработки месторождений
7.2.1. Выбор и обоснование системы
гидравлической разработки
Под системой открытой разработки месторождения пони-
мается установленный порядок выполнения горно-подготови-
тельных, вскрышных и добычных работ в пределах карьерного
поля. Принятая система должна обеспечить планомерную и бе-
зопасную разработку месторождения при рациональном ис-
пользовании его запасов, выполнение требований по охране ок-
ружающей среды и восстановлению земель, нарушенных откры-
тыми горными выработками.
Рациональная система открытой разработки должна обес-
печивать добычу полезного ископаемого в объеме, соответст-
вующем плану, по качеству, отвечающему нормальным требова-
ниям, максимальное его извлечение из недр, высокую произво-
дительность труда и экономичность при максимальной безопас-
ности работ. Таким образом, правильный выбор системы от-
крытой разработки должен обеспечивать высокую эффектив-
ность эксплуатации месторождения.
Принятая система открытой разработки предопределяет тип
горно-транспортного оборудования, размеры карьера и его ос-
новные элементы, а также технико-экономические показатели
работы карьера.
В настоящее время известны классификации систем откры-
тых горных работ профессора Е.Ф. Шешко, академиков Н.В.
Мельникова и В.В. Ржевского.
212
Е.Ф. Шешко в основу классификации систем разработки
месторождений положил направление перемещения вскрыш-
ных пород в отвалы (1947 г.). Акад. Н.В. Мельниковым была
предложена классификация систем разработки по способу про-
изводства вскрышных работ (1952 г.).
Классификация акад. В.В. Ржевского, в основу которой по-
ложены горно-геологические и геометрические предпосылки,
характеризует сущность технологии открытых горных работ и
облегчает последующий расчет систем разработок (табл. 7.3).
В.В. Ржевский в качестве ведущих признаков открытых горных
работ принимает направление выемки горной массы в плане и
профиле и месторасположения отвалов.
При разработке горизонтальных или пологих залежей по
окончании горно-подготовительных работ создается первичный
фронт вскрышных и добычных работ карьера; возобновление
горно-подготовительных работ возможно при реконструкции
карьера. Таким образом, системы разработки в период эксплуа-
тации характеризуются только порядком и последовательностью
ведения вскрышных и добычных работ и изменением длины
фронта работ или высоты отдельных уступов и размеров рабо-
чих площадок. Такие системы разработки называются сплош-
ными (рис. 7.9).
При разработке наклонных и крутых залежей горно-под-
готовительные работы ведутся как в период строительства, так
и при эксплуатации карьера для создания фронта добычных и
вскрышных работ. В состав горно-подготовительных работ в
эксплуатационный период входят вскрытие и нарезка новых
рабочих горизонтов. Таким образом, системы разработки на-
клонных и крутых залежей характеризуются порядком выпол-
нения вскрышных, добычных и регулярных горно-подготови-
тельных работ. Такие системы называются углубочными.
Имеются и другие специальные системы открытой разра-
ботки месторождений, которые применяются при проектиро-
вании открытых горных работ с использованием средств гид-
ромеханизации.
213
Таблица 7.3
Классификация систем открытой
разработки месторождений (по В.В. Ржевскому)
Индекс группы Группа систем Индекс подгруппы Подгруппа Индекс систем Система разработки
С Сплошные (с постоян- ным поло- жением ра- бочей зоны) сд Сплошные продольные сдо сдд Сплошная продольная однобортовая Сплошная продольная двухбортовая
СП Сплошные поперечные СПО сдд Сплошная поперечная однобортовая Сплошная поперечная двухбортовая
св Сплошные веерные СВЦ СВР Сплошная веерная цен- тральная Сплошная веерная рас- средоточенная
СК Сплошные кольцевые скц СКВ Сплошная кольцевая центральная Сплошная кольцевая периферийная
У Углубоч- ные (с пере- менным по- ложением рабочей зоны) уд Углубочные продольные УДО УДД Углубочная продольная однобортовая Углубочная продоль- ная двухбортовая
УП Углубочные поперечные УПО УПД Углубочная поперечная однобортовая Углубочная попереч- ная двухбортовая
УВ Углубочные веерные УВР Углубочная веерная рас- средоточенная
УК Углубочные кольцевые УКЦ Углубочная кольцевая центральная
УС Смешан- ные (углу- бочно- сплошные) УСД Углубочно- сплошная продольная УСДО Углубочно-сплошная продольная однобор- товая
УСП То же попе- речная УСПД То же, поперечная двухбортовая
УСВ То же веер- ная УСВР То же, веерная рассре- доточенная
УСК То же коль- цевая УСКЦ То же, кольцевая цен- тральная
214
Рис. 7.9. Сплошные системы открытой разработки месторождений полезных
ископаемых по классификации акад. В.В, Ржевского:
СД — сплошная продольная; СП — сплошная поперечная; СВ — сплошная веерная; СК
— сплошная кольцевая; о — однобортовое направление выемки в плане; д — то же, двух-
бортовое; ц — то же, центральное; п — то же, периферийное; р — то же, рассредоточенное
На наш взгляд, классификация систем разработки, приве-
денная в табл. 7.3, является наиболее применимой, так как она
учитывает не только горно-геологические и геометрические па-
раметры месторождения, но и те признаки, которые указаны в
других классификациях.
Исходными данными для обоснования системы разработки
являются сведения о месторождении и карьерном поле.
Наибольшее применение при использовании гидромеханиза-
ции получила группа сплошных систем, ввиду незначительной
мощности покрывающих пород: разработка вскрыши и россып-
ных месторождений гидромониторно-землесосными комплексами;
разработка обводненных песчано-гравийных месторождений зем-
снарядами (рис. 7.10).
Эти системы применяются в основном при разработке гори-
зонтальных и пологих месторождений с небольшой мощностью
вскрыши и полезного ископаемого.
Применение гидромеханизации при углубочных системах
разработки ограничивается крепостью разрабатываемых пород,
за исключением отработки четвертичных пород на передовых
уступах.
Рис. 7.10. Сплошная поперечная однобортовая система разработки:
1 — гидромониторно-землесосные установки; 2 — пульпопроводы; 3 — водовод; 4 —
контур карьерного поля
216
7.2.2. Элементы системы разработки и их расчет
Основными элементами системы разработки являются: вы-
сота уступа, угол откоса уступа и бортов, ширина заходок, ши-
рина рабочей площадки, длина фронта работ на уступе, длина
и число блоков на уступе, скорость подвигания забоя и фронта
горных работ и др. (рис. 7.11).
Высота уступа определяется с учетом физико-механических
свойств пород, применяемого оборудования, мощности карьера,
безопасности работ. Анализ полученных решений, проведенный
автором, показал, что рациональная высота уступа при гидромо-
ниторном размыве по условию безопасного ведения работ и ми-
нимальных затрат составляет около 30 м. Затраты на разработку
1 м3 породы при увеличении высоты уступа с 10 до 25 м и с 25 до
35 м уменьшаются соответственно на 35—50 и 4—5 % (рис. 7.12).
Увеличение высоты уступа дает значительные экономиче-
ские преимущества: уменьшается число уступов в карьере, бла-
годаря чему сокращается общая длина трубопроводов, снижа-
ется стоимость их монтажа и обслуживания; повышается про-
изводительность землесосных установок, так как уменьшается
число их передвижек в забое; уменьшаются объем недомыва и
время, затрачиваемое на подрезку уступа, на 1 м3 разрабатыва-
емой породы.
В то же время при увеличении высоты уступа по требова-
нию техники безопасности увеличивается расстояние от гидро-
монитора до откоса уступа, ухудшается качество струи и снижа-
ется эффективность размыва.
Ширина рабочей площадки уступа определяется главным
образом шириной и числом гидромониторных заходок.
При разработке четвертичных отложений наименьшую ши-
рину рабочей площадки, м, можно приближенно определить по
выражениям:
при продольных заходках (рис. 7.13, а)
Шр.п = Л + С + Вт + Вт,т+ T+Z\ (7.6)
при поперечных заходках (рис. 7.13, б)
ШР.П =lmin + B3+B3.y + Br + Br.r + T+Z, (7.7)
где Аз — ширина заходки землесосной установки, м,
Аз=Агп, (7.8)
217
Рис. 7.11. Схема гидравлической разработки пород на площадке уступа в начальный период после передвижки гидро-
оборудования:
1 — землесосная станция первого подъема; 2 — гидромониторы; 3 — водовод; 4 — пульпопровод; 5 — зумпф; 6 — пульпоотводная ка-
нава; Ну — высота разрабатываемого уступа (Ну = 5+35 м); /шт — минимальное расстояние гидромонитора от забоя (/mm = 3+11 м при
Ну = 10+35 м и дистанционном управлении гидромонитором)
Рис. 7.12. Зависимости затрат Сна разработку 1 м3 рыхлых пород от высоты ус-
тупа Ар при годовом объеме вскрышных работ 6 млн м3:
а, б, виг — при расстоянии гидротранспортирования 1500, 3000, 4500 и 6000 м соот-
ветственно; 1,2, 3 и 4 — при производительности землесоса соответственно 1500, 3000,
4500 и 6000 м3/ч (в ценах 1990 г., коп.); сплошные кривые — породы I группы; штрихо-
вые кривые — породы IV группы
где Аг— ширина заходки гидромонитора, м; п — число гидро-
мониторных заходок; С — расстояние от нижней бровки раз-
рабатываемого уступа до полосы укладки труб, м; Бт — шири-
на полосы укладки труб (зависит от числа параллельно уложен-
ных труб), м; Вт. т — расстояние от полосы укладки труб до транс-
портной (автомобильной) полосы (Вт. т = 1,5 м); Т — ширина
транспортной полосы (для автотранспорта Т « 4,5 м); Z — ши-
рина призмы возможного обрушения (ширина полосы безопас-
ности), м,
219
Z = Ну (ctg (Хн - ctg otp), (7.9)
где ан — угол откоса нерабочего борта уступа (ан = 454-60°),
град; ар — угол откоса рабочего борта уступа (аР = 60-4-80°),
град; /min — минимальное расстояние гидромонитора от забоя
уступа [см. формулу (7.23)], м; Д — ширина зумпфа (Д = 12 м);
Д. у — ширина места расположения забойной землесосной ус-
тановки (Ду = 10 м).
Длина фронта работ уступа £ф. у равна длине полной заход-
ки (длине уступа). Часть уступа по длине, отрабатываемая од-
ной гидроустановкой, называется блоком фронта работ. Длина
блока £б зависит от длины фронта работ уступа и числа гидро-
установок, расположенных на уступе (при продольных заход-
ках) (см. рис. 7.2, 7.13). Часть блока, разрабатываемая с одной
стоянки забойной землесосной станции, называется картой.
Длина карты LK зависит от уклона пульпоотводной канавы i и
принятой высоты недомыва породы Д уступа. Ширина и длина
карты определяются шагом передвижки и шириной заходки
гидроустановки. Число блоков в пределах одного уступа опре-
деляется по формуле
Фронт работ карьера составляет суммарную протяженность
фронтов работ отдельных уступов. Фронт вскрышных и добыч-
ных работ в процессе эксплуатации карьера непрерывно пере-
мещается к его конечным контурам.
Интенсивность отработки месторождения характеризуется
скоростью подвигания фронта работ за год. Скорость подви-
гания фронта горных работ на гидровскрыше зависит от мощ-
ности полезного ископаемого, производственной мощности
карьера и режима работы средств гидромеханизации и может
составлять от 60 до 400 м.
Высокие темпы подвигания фронта горных работ достига-
ются при разработке маломощных горизонтальных пластов по-
лезного ископаемого. Меньшее подвигание фронта работ имеет
место при отработке наклонных и крутонаклонных залежей.
Уступы на вскрыше и добыче при круглогодовом режиме
работ должны отрабатываться с одинаковым годовым подви-
ганием.
220
Рис. 7.13.'Схемы к определению ширины рабочей площадки при отработке
гидромониторно-землесосного блока продольными (а) и поперечными (б) за-
ходками
При сезонном режиме работы гидромеханизации скорость
подвигания на гидровскрыше будет равна частному от деления
скорости подвигания фронта работ на нижерасположенных ус-
тупах на коэффициент сезонности.
Скорость подвигания фронта горных работ, м/год,
r Q,.B
ф Яр.3£ф
(7.11)
где gr B— годовой объем пород на гидровскрыше, м3; Нр 3 —
высота рабочей зоны, отрабатываемой средствами гидромеха-
низации (Яр 3 = Яу пу), м; Яу— высота разрабатываемого усту-
па, м; иу — число разрабатываемых уступов.
Скорость подвигания забоя гидроустановки, м/сут,
(7.12)
где 2с. з — суточная производительность землесосной установ-
ки по породе, м3.
Перемещение фронта вскрышных и добычных работ может
быть чаще всего параллельное продольное, параллельное попе-
речное, веерное и смешанное (рис. 7.14), что соответствует при-
нятой системе разработки (см. табл. 7.4).
Рис. 7.14. Схемы перемещения фронта горных работ в карьере:
а — параллельное продольное; б — параллельное поперечное; в — веерное; г — сме-
шанное
222
7.3. Разработка пород гидромониторами
7.3.1. Технологические параметры
гидромониторного размыва
Размыв породы струей воды гидромонитора является од-
ним из важнейших элементов гидравлической разработки ме-
сторождений. Исследованиями и опытом работ установлено,
что производительность разработки зависит от качества гидро-
мониторной струи.
Основное назначение струй в гидромеханизации — разру-
шение грунтов, различных горных пород и залежей полезных
ископаемых. Гидравлические струи для гидромеханизации соз-
даются гидромониторами. Окончательное формирование струи
в гидромониторе осуществляется насадкой — коротким конои-
дальным патрубком, закрепляемым на конце ствола гидромо-
нитора. Качество и структура гидромониторной струи опреде-
ляются давлением перед гидромониторной насадкой, диамет-
ром Выходного сечения насадки, профилем насадки, качеством
обработки ее и условиями подвода воды к насадке.
Для разработки месторождений применяются гидромони-
торные струи больших диаметров — 50—200 мм при выходе из
насадки с напором воды перед насадкой 20—180 м.
С учетом конструктивных особенностей гидромониторы
разделяют следующим образом: по способу управления — на
управляемые вручную и дистанционно; по условиям работы —
на гидромониторы дальнего и ближнего боя; по рабочему на-
пору — на низконапорные (давление до 1,2 МПа) и высокона-
порные (давление более 1,2 МПа) (табл. 7.4).
В настоящее время на предприятиях гидротехнического стро-
ительства и горнодобывающей промышленности созданы высо-
копроизводительные гидромониторы с дистанционным электри-
ческим управлением: ГМ-350 (КУГУ-350); ГМ-500 (КУГУ-500);
ГМСД-300; ГМСДШ-300; ГМСДШ-500 и др. Последние имеют
входной диаметр нижнего колена 500 мм и расход воды 6000 м3 / ч.
Гидромониторы установлены на самоходном (ГМСД-300, ГМСД-
500) или шагающем ходу (ГМСДШ-300, ГМСДШ-500).
223
Технические характеристики гидромониторов
Показатели Тип
ГДУ-250 ГМН-250 ГМН-250С ГМЦ-250 ГМДУЭГ-250 (рис. 7.15)
Рабочее давление у на- садки, МПа 1,0 1,5 1,5 1,6 1,6
Диаметр входного от- верстия, мм 250 250 250 250 250
Расход воды, м3/ч Угол поворота, град: 1600 До 1530 До 800 До 2340
в горизонтальной плоскости 100 360 360 360 360
вверх 32 32 27 35 30
вниз 28 18 27 30 30
Диаметр сменных на- 50; 65; 75; 51; 63; 76; 50; 70; 90; 51; 63; 76; 75; 90; 100;
садок, мм 90;100 89 100; 150 89;100 ПО; 125
Габариты, мм:
длина 4165 2528 3200 3460 1448
ширина высота 1500 — 570 1860 1250
1120 — 1460 1400 1600
Управление* д р Р Р Д
Масса, кг 1013 182 196 445 1080
* Д — дистанционное управление, Р — ручное.
Гидромонитором управляют с пульта при визуальном на-
блюдении. Насадки обеспечивают окончательное формирова-
ние водяной струи гидромонитора. Для эффективного форми-
рования и создания большей скорости вылета струи применяют
конические сходящиеся насадки с цилиндрическим участком на
конце (табл. 7.5).
Большую роль в формировании структуры струи играет
воздух. Чем меньше диаметр струи, тем больше ее относитель-
ная поверхность и тем большее влияние оказывает воздух на ее
движение. При больших скоростях струй обмен между воздуш-
ной средой и жидкостью струи становится активным, воздух в
большом количестве увлекается в движение и влияние его на
состояние струи становится настолько значительным, что струи
высоких и сверхвысоких давлений быстро распадаются в воздухе.
224
Таблица 7.4
гидромонитора
ГМ П-250 ГМД-250 ГМСД-300 ГМД-300 ГМДУ-300 ГМН-350 (рис. 7.16) ГМ-350 (190)
2,0 2,5 1,0 1,5 1,5 1,6 1,6
250 250 300 300 300 350 350
До 2000 До 2750 До 2920 До 4000 До 3800 До 4500 4500
360 360 330 360 270 180
27 30 40 27 26 26
27 30 —— 20 27 10 10
80; 100; 80; 100; 100; 115; 125; 140; 100; 115; 150; 160; 125; 150;
НО; 125 НО; 125 125; 140 150 125; 140 165; 175 165; 190
4048 4420 9000 5625 6870 —-
690 2190 2105 2465 2247 —
1378 1640 2200 2680 2950
Р Д Д д Д Д д
318 1035 1013 182 196 445 1080
Таблица 7.5
Размеры насадок
Диаметр насадки <7н, мм Угол конусности, град Длина цилиндриче- ского участка, мм Общая дайна на- садки, мм
50 13 50 395
62,5 13 65 380
76,5 13 75 360
90 13 90 420
100 13 100 420
125 10,5 320 730
140 8,5 310 718
150 7,16 300 700
160 6 295 682
225
7
Рис. 7.15. Гидромонитор ГМДУЭГ-250:
/ — салазки; 2 — подводящий трубопровод; 3 — гидроцилиндр поворота ствола; 4 —
верхнее колено; 5 — горизонтальный шарнир; 6 — гидроцилиндр подъема ствола; 7 —
вертикальный шарнир; 8— ствол; 9— насадка
Рис. 7.16. Гидромонитор ГМН-350:
/ — насадка; 2 — верхнее колено; 3 — нижнее колено; 4 — механизм поворота; 5 —
ствол; 6 — механизм подъема ствола
Струи низкого давления в гидромеханизации применяются
для разработки несвязных грунтов и для смыва насыпных ма-
териалов. Струи среднего давления составляют основную кате-
226
горию гидромониторных струй при выполнении земляных и
иногда горных работ. Скорость на поверхности этих струй та-
кова, что сила трения струи о воздух оказывается преобладаю-
щей над силой поверхностного натяжения. На поверхности тан-
генциального разрыва образуются вихри, биение которых за-
метно в дымке, окружающей струю. Дымка представляет собой
водную пыль, находящуюся в вихревом движении.
К основным параметрам, от которых зависит эффективность
гидравлической разработки, относятся осевое динамическое да-
вление струи на забой, диаметр насадки гидромонитора, высо-
та разрабатываемого уступа, ширина забоя.
Для гидромониторов с расходом воды до 2000 м3 / ч опти-
мальные условия работы создаются при высоте уступа 10—18 м,
а для мощных гидромониторов — 20—40 м. Как правило, опти-
мизацию высоты уступа производят только при гидровскрыш-
ных работах, когда мощность вскрыши составляет 20—30 м и
более. В остальных случаях высоту уступа определяют по усло-
виям разработки.
Эффективность гидравлического разрушения пород зави-
сит прежде всего от давления струи гидромонитора на забой и
характеристики размываемых пород. Поэтому расчет обычно
начинают с установления величины этого давления. В общем
виде может быть рекомендована такая его последовательность.
В соответствии с породами, подлежащими размыву, устана-
вливают оптимальное осевое динамическое давление струи на за-
бой. Для плотного суглинка оно равно 0,63—0,68 МПа, плотных
трудноразмываемых глинистых пород — 0,8 МПа, полускаль-
ных пород — 0,87 МПа. По оптимальному осевому динамиче-
скому давлению находят необходимый удельный расход напор-
ной воды (табл. 7.6) и рассчитывают расход воды, обеспечи-
вающий заданную производительность объекта по горной массе.
При давлении перед насадкой порядка 60 МПа и выше ско-
рость истечения жидкости становится равной или большей по
значению, чем скорость распространения звука в воздухе. При
такой скорости возникают особые явления, такие как разрыв
сплошности подтекающего к струе воздуха и образование в связи
с этим вакуумных областей. Условия турбулентного перемеши-
вания в толще струи изменяются. Струи высокого и сверхвысо-
кого давления обладают огромной разрушительной силой. Они
режут твердые (изверженные) породы и даже сталь.
227
Таблица 7.6
Удельные расходы воды, напоры и уклоны площадок уступа по нормативам
Группа грунтов Грунты Высота забоя, м
От 3 до 5 От 5,1 до 15 Более 15
удельный расход воды, м3/м3 напор наимень- ший до- пустимый уклон, % удельный расход воды, м3/м3 напор наимень- ший до- пустимый уклон, % удельный расход воды, м3/м3 напор наимень- ший до- пустимый уклон, %
м Н/м2 м Н/м2 м Н/м2
I Предварите- льно разрых- ленные, не- слежавшие- ся 5 30 29,4-10 2,5 4,5 40 39,2-10» 3,5 3,5 50 49,0-10* 4,5
II Пески мелко- зернистые и пылеватые 6 30 29,4-10* 2,5 5,4 40 39,2-10» 3,5 4 50 49,0-10» 4,5
Супеси легкие 30 29,4-10* 1,5 40 39,2-10* 2,5 50 49,0-10* 3
Лёсс рыхлый 40 39,2-10 2 50 49,0-10* 3 60 58,9-10* 4
Торф разло- жившийся 40 39,2-10* — 50 49,0 • 10* 2,5 60 58,9-10» —
III Пески сред- не- и разно- зернистые 7 30 29,4-10* 3 6,3 40 39,2-10» 4 5 50 49,0-10* 5
Супеси тяже- лые Суглинки лег- кие Лёсс плотный 40 60 50 39,2-104 58,9-I04 49,0-1О4 1,5 1,5 2 50 60 70 49,0-104 58,9-104 68,6-104 2,5 2,2 п 3 60 70 80 58,9-104 68,6-104 783-Ю4 3 3 4
IV Пески круп- нозернистые Супеси тяже- лые Суглинки средние и тя- желые Глины теку- чие тощие 9 30 50 70 70 29,4-104 49,0-104 68,6-104 68,6-104 4 1,5 1,5 1,5 8,1 40 60 80 80 39,2-104 58,9-104 783 -I04 783-104 5 2,5 2,5 2,5 7 50 70 90 90 49,0-104 68,6-10 88,0-104 88,0-104 6 3 3 3
V Песчано- гравийные грунты Глины полу- жирные 12 40 80 39,2-104 783-104 5 2 10,8 50 100 49,0-104 98,0-104 6 3 9 60 120 58,9-10* 118,0-Ю4 7 4
VI Песчано-гра- вийные Глины полу- жирные 14 50 100 49,0-104 98,0-104 5 2,5 12,8 60 120 58,9-10 118,0-Ю4 6 3,5 10 70 140 68,6-Ю4 137,0-Ю4 7 4,5
ьэ
40
Струи высокого и сверхвысокого давления применяют при
добыче полезных ископаемых гидравлическим способом и в дру-
гих случаях, когда возникает необходимость разрушения очень
крепких пород. Диаметр струи на всем протяжении начального
участка, т. е. от выхода из насадки до конца ядра, можно при-
нимать одинаковым и равным диаметру выходного отверстия
насадки do. Далее диаметр струи начинает увеличиваться.
Длина начального участка может быть определена по фор-
муле
/о =145 Jo, (7.13)
где Jo — диаметр насадки, м.
Высота и дальность полета гидромониторных струй имеют
большое практическое значение при определении местополо-
жения гидромонитора в карьере по отношению к забою.
Высота подъема, м, направленной вверх струи без учета со-
противления воздуха определяется по выражению
т/2
(7.14)
где Vo — скорость струи у выхода из насадки, м/с,
Ио = <?j2gH0 , (7.15)
где g — ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2); <р — ко-
эффициент скорости, принимается равным 0,92—0,96.
Диаметр насадки, м,
</„ =(0,52+0,55) /-Si, (7.16)
где Qa. с — расход воды через насадку (подача насосной стан-
ции), м3/с; Но — необходимый напор на насадке гидромонито-
ра, м.
В соответствии с полученным значением dH подбирают на-
садку из числа изготовляемых промышленностью диаметром
Jct (стандартным).
Протяженность компактной части струи, м, определяется
по формуле
230
4=РЯП,
(7-17)
где р = 0,754-0,85.
При размыве грунтовых массивов большой мощности
(например, при вскрышных работах) высота разработки может
быть более 100 м. В данном случае разработку следует вести ус-
тупами; высоту уступа обычно принимают в пределах 204-35 м.
При этом ствол гидромонитора обычно расположен горизон-
тально или приподнят. Горизонтальная дальность полета струи
определяется по формуле
JZ2
Lr =~sin 2а.
(7.18)
Из формулы видно, что максимальная теоретическая даль-
ность полета струи достигается при наклоне ствола гидромо-
нитора к горизонту под углом а = 45° (в действительности из-за
влияния воздуха примерно 30—35°).
Целесообразно, если позволяют условия, располагать гид-
ромонитор как можно ближе к забою. Неэффективно размы-
вать грунт разрушенной частью струи. Необходимо стремиться к
тому, чтобы струя достигала разрабатываемый массив своей
компактной частью [см. формулу (7.17)].
Размываемый гидромониторной струей грунтовой или гор-
ный массив является трудной преградой для струи, на разруше-
ние которой расходуется ее энергия, при этом струя полностью
распадается и представляет собой поток капелек в воздухе.
Каждая категория грунта и породы требует для их эффек-
тивного размыва более или менее определенные оптимальные
значения удельных давлений струи и удельных расходов воды
(см. табл. 7.6). В табл. 7.7 приведены водопроизводительность
гидромониторов (при различных диаметрах насадок) и ско-
рость струи при вылете из насадки в зависимости от напора пе-
ред насадкой.
Оптимальным следует принимать то давление, при котором
требуется минимальное количество воды на разработку 1 м3
грунта (см. табл. 7.6).
Потери напора, м, в гидромониторе
231
hr = hK + h„, (7.19)
где Лк — потери напора в коленах и шарнирах, м,
Лк = ^п.нйс, (7.20)
где кп. н — коэффициент потерь напора в гидромониторе (кп, н ®
« 14); Ан — потери напора в насадке, м,
у2
hK=Q,06^-, (7.21)
2g
О2
или Ан =0,00493-р-. (7.22)
"ст
Для размыва пород заданной категории (определенных фи-
зических свойств) подбирается наиболее отвечающий условиям
работы тип гидромонитора. По диаметру насадки и типу гид-
ромонитора можно установить параметры забоя.
Минимальное /min и максимальное /щах расстояния от ги-
дромонитора до забоя находят исходя из высоты уступа и диа-
метра насадки (рис. 7.17).
Минимальное расстояние, м, от гидромонитора до забоя
^п=«77у5 (7.23)
где а — коэффициент приближения гидромонитора к забою
(при ручном управлении гидромонитором а = 0,8* 1,1, при дис-
танционном — а = 0,3*0,4); Ну— высота разрабатываемого ус-
тупа, м.
При боковом размыве /min можно уменьшить на 20—25 %
при ручном управлении гидромонитором.
Максимальное расстояние, м, определяют по длине основ-
ного участка струи:
/max = 400 б/с-г, (7.24)
или /тах=0,4Яг, (7.25)
где б/ст — диаметр стандартной насадки, м; Нг — напор на вы-
ходе из насадки гидромонитора, м.
232
Таблица 7.7
Водопроизводительность гидромониторов, м3/ч
Напор перед на- садкой, м Скорость струи при вылете из насадки, м/с Диаметр насадки, мм
50 62,5 75 87,5 100 125 150 175 200
10 13,3 96 148 212 288 378 602 893 1153 1593
20 18,8 133 209 294 407 537 840 1207 1620 2125
30 23,1 166 256 368 504 656 1027 1477 1980 2575
40 26,6 191 292 425 576 756 1188 1703 2225 2850
50 29,6 212 328 475 648 846 1115 1890 2530 3310
60 32,6 230 360 522 702 925 1440 2070 2770 3710
70 35,2 248 389 558 760 1010 1548 2250 2835 4015
80 37,6 266 414 594 817 1073 1657 2412 3205 4250
90 39,9 284 439 630 868 1134 1764 2598 3420 4500
100 42,1 299 464 666 915 1195 1854 2685 3600 4720
110 44,2 313 486 702 959 1258 1940 2810 3745 4940
120 46,2 328 508 731 1000 1310 2027 2930 3910 —
130 48,0 339 529 760 1044 1365 2110 3053 4050 —
140 49,8 349 547 787 1080 1420 2188 3168 — —
150 51,6 360 565 817 1116 1470 2267 3278 — —
67
Рис. 7.17. Технологическая схема гидромониторного размыва вскрышных пород (/mm = 6 м; /пт - 20 м; а3 = 67 м; А = 38 м;
h« = 2 м; Ну - 20 м)
Шаг передвижки, м, гидромонитора
<2г = Anax~ Anin« (7.26)
Считая /тах и Яу величинами постоянными, исследуем функ-
цию на экстремум по аг:
^ = 1(7*^ + ^ -ЗЯ,). (7.27)
Трудоемкость и продолжительность перестановки гидромо-
нитора определяют в соответствии с нормативами в зависимо-
сти от его типа. Для установки гидромонитора массой до 0,5 т с
помощью трактора затрачивается 2 ч, ручной лебедки — 2,6 ч.
При хорошо организованной работе суммарные затраты вре-
мени на демонтаж, перестановку и монтаж гидромонитора не
должны превышать 4—5 ч.
Объем породы, м3, разрабатываемой с одной стоянки (по-
зиции) гидромонитора:
PPq — Аг Яу,
где Аг — ширина заходки гидромонитора, м,
А “ 2 урты “ (Яу + Яг) 2 •
(7.28)
(7.29)
Продолжительность, ч, одного цикла гидромониторного
размыва
Ж,
z = __ + /д + /п +гм
г
(7.30)
где 2э, г — эксплуатационная производительность гидромони-
тора по размыву породы, м3/ч; /д, /„ и /м — продолжительность
соответственно демонтажа, перестановки и монтажа гидромо-
нитора, ч.
Число одновременно действующих гидромониторов уста-
навливают после определения необходимого диаметра насадки.
Когда расчетное значение диаметра насадки больше стандарт-
ного, последнее подбирают с таким расчетом, чтобы оно было
примерно кратным А. Исходя из этого, находят число одно-
временно действующих гидромониторов.
235
Движение гидросмеси от забоя до зумпфа происходит по
уклону, создаваемому в процессе ведения горных работ. При
движении от забоя к зумпфу гидросмесь стремится стекать рас-
средоточенными потоками, имеющими небольшую глубину.
Рассредоточенный поток не в состоянии перемещать крупные
куски грунта и они остаются на подошве забоя. В результате
происходит уменьшение уклона и скорости потока, что приво-
дит к резкому снижению транспортирующей способности по-
тока. В подошве забоя из потока начинают откладываться даже
мелкие частицы грунта и происходит замыв рабочей площадки.
Для предотвращения этого необходимо, чтобы поток пуль-
пы был сосредоточенным, а уклоны подошвы забоя обеспечи-
вали бы необходимые скорости движения, при которых пото-
ком перемещалось наибольшее количество грунта. Создание
сосредоточенного потока достигается устройством в подошве
рабочей площадки забоя пульпоотводной канавы, располагае-
мой обычно так, чтобы обеспечить транспортирование пульпы
по наикратчайшему пути от забоя до зумпфа.
При работе в забое нескольких гидромониторов необходи-
мо стремиться к тому, чтобы потоки пульпы от каждого гид-
ромонитора объединялись в единый поток и попадали в пуль-
поотводную канаву на возможно близком расстоянии от места
размыва грунта в забое.
Устройство пульпоотводных канав обычно выполняется стру-
ей гидромонитора, экскаватором или бульдозером.
Уклон канавы, так же как и подошвы рабочей площадки за-
боя, зависит от типа разрабатываемого грунта и содержания
крупных частиц. Чем крупнее грунт, тем больше должен быть
уклон канавы и площадки. Уклон канавы и площадки зависит
также от расхода пульпы и содержания в ней грунта. С увели-
чением расхода пульпы густой консистенции необходимы боль-
шие уклоны, чем при транспортировании жидкой пульпы.
При изменении высоты уступа изменяются и минимально
допустимые уклоны площадок уступа. Это объясняется тем, что с
увеличением высоты уступа уменьшаются удельные расходы во-
ды на размыв грунта и, таким образом, повышается консистен-
ция пульпы, в результате чего транспортирующая способность
236
потока снижается и для поддержания ее необходимо увеличе-
ние уклонов пульпоотводной канавы,
С увеличением уклонов повышается и производительность
смыва грунта. Однако в этом случае резко возрастает объем не-
домыва, поэтому при отсутствии попутных уклонов скорость
потока не следует повышать за счет увеличения уклона сверх
минимально допустимого. Особенно это недопустимо при про-
ведение профильных выработок.
Создание большей скорости потока следует обеспечивать
за счет следующих мероприятий:
• собирать в один сосредоточенный поток пульпу, стекаю-
щую от забоя;
• не допускать засорения канавы крупными камнями, кор-
нями растений и т, п.;
• периодически прочищать канаву струей гидромонитора с
целью поддержания необходимого уклона.
Высота уступа оказывает большое влияние на эффектив-
ность разработки грунта: с увеличением высоты уступа повы-
шается интенсивность размыва, снижается удельный расход во-
ды, увеличивается объем смыва грунта с одной стоянки гидро-
монитора. Однако по условиям безопасности в соответствии с
Едиными правилами безопасности при разработке месторож-
дений полезных ископаемых открытым способом высота усту-
па не должна превышать 30 м.
Рабочий угол откоса уступа высотой до 20 м из однород-
ных необводненных грунтов при оползневом характере обру-
шения по поверхности скольжения, близкой к цилиндрической,
составляет для грунтов: глинистых — 60 — 75°, суглинистых —
55 — 70°, песчаных — 50 — 60°.
По мере разработки заходки блоками землесосную установ-
ку периодически перемещают к забою на расстояние, равное
шагу передвижки (рис. 7.18).
Шаг передвижки установки, м,
а, = —, (7.31)
I
где АЛ — высота недомыва, м; i — уклон подошвы забоя, доли
ед.
237
v
Рис. 7.18. Схема гидромониторной разработки вскрышных пород:
1 — землесосная станция; 2 — гидромонитор; 3 — зумпф; 4 — водовод; 5 — пульпопро-
вод; б — пульпоотводная канава; л — шаг передвижки забойной землесосной установки;
/max — максимальное расстояние от гидромонитора до забоя уступа; А, — ширина заход-
ки гидромонитора; ДА — высота недомыва; Ну — высота разрабатываемого уступа
Наибольшая высота недомыва АЛ при разработке профиль-
ных выемок не должна превышать 1,5—2 м. Недомыв грунта пе-
ред передвижкой установки зачищают бульдозером или экска-
ватором и смывают в зумпф (рис. 7.19).
Объем недомыва, м3,
aJ
^н=О,5-^о .
лу
(7.32)
Обычно шаг передвижки составляет 50—75 м для песчаных
! 100—150 м для глинистых грунтов. Передвижку землесосной
238
Рис. 7.19. Схема уборки недомыва с использованием бульдозера (а) и экскава-
тора (бу.
1 — грунтовой насос; 2 — гидромонитор; 3 — зумпф; 4 — бульдозер; 5 — навал поро-
ды из недомыва; 6 — водовод; 7 — пульпопровод; 8 — экскаватор
установки производят бульдозерами после подготовки площад-
ки. Передвижка гидромонитора должна быть частой, но рас-
стояние передвижки должно быть не менее 6 м, т. е. кратным
длине звена трубы.
Уклоны пульпоотводных канав i принимают в зависимости
от типа разрабатываемого грунта и водопроизводительности
гидромонитора (см. табл. 7.6).
7.3.2. Производительность гидромониторов
Производительность гидромониторов является одним из важ-
нейших показателей гидромониторно-землесосных комплексов.
Она определяет тип, число гидромониторов и насосов и в боль-
шей степени влияет на выбор диаметра водовода, систем водо-
снабжения и гидротранспорта, а также на трудовые и матери-
альные затраты (рис. 7.20). При расчетах гидромеханизации
горных работ пользуются часовой и годовой эксплуатацион-
ными производительностями.
Часовая производительность (расчетная), м3, гидромони-
торно-землесосных комплексов по воде (гидромониторов) карь-
ера или гидроучастка определяется по формуле
Wgkz
(7.33)
где W — годовой (средний) объем породы, подлежащей разра-
ботке, м3; q — удельный расход воды (см. табл. 7.6), м3 / м3; Уд
— число рабочих дней в году; «см— число рабочих смен в су-
тки; t — продолжительность смены, ч; к3 — коэффициент запа-
са воды (к> = 1,1); — коэффициент использования комплек-
са во времени (табл. 7.8).
Тип и число рабочих гидромониторов подбирают в соответ-
ствии с объемом работ. При расчете числа гидромониторов учи-
тывают не только конструктивные данные и техническую произ-
водительность, но и конкретные производственные условия.
Число рабочих гидромониторов, необходимых для размы-
ва заданногб количества породы, определяется по формуле
240
Рис. 7.20. Номограмма для определения расхода воды (Л гидромонитором в
зависимости от напора /Л и диаметра насадки d»
(7.34)
Ут
где Qi — техническая водопроизводительность гидромонитора,
м3/ч; К' — коэффициент, учитывающий конкретные производ-
ственные условия.
241
Таблица 7.8
Коэффициент использования гидромониторных установок во времени
Место укладки грунта Установка
гидромониторно-землесосная гидро м он игорная
Способ намыва грунта
безэстакадный или низкоопорный эстакадный
Водоем или отвал без уст- ройства обвалования Отвал с устройством об- валования или намыв со- оружений под воду Широкопрофильные части сооружений, штабели и пло- щади То же, узкопрофильные 0,95 0,90 0,85 0,75 0,85 0,80 0,75 0,70 0,90 0,90 0,85
Примечание. Для гидромониторно-землесосных установок принят напорный
транспорт, для гидромониторных — самотечный.
Общий коэффициент К' определяется по формуле
(7.35)
где К' — коэффициент, зависящий от высоты забоя (при высо-
те 3—5 м = 0,9; при 5—15 м — К[ = 1; более 15м — К[ = 1,25);
К'2 — коэффициент, учитывающий способ транспортирования
пульпы, способ намыва и место укладки грунта (табл. 7.9); К3 —
коэффициент, учитывающий разнородность грунтов основания
забоя (если удельный расход воды на подрезку грунта основа-
ния превосходит средневзвешенный расход по забою более чем
на 15 %, К'3 = 0,85; в остальных случаях К'3 = 1,0); К'А — коэф-
фициент, учитывающий засоренность грунта в забое пнями,
корнями, камнями и др. (при засоренности до 6 % от объема
грунта — 1,0; 6—10 % — Кг4 = 0,9; 10—15 % — = 0,85);
К'5 — коэффициент, учитывающий количество мерзлого грунта
в забое (Xj = 1).
При напорном гидротранспорте водопроизводительность
гидромонитора согласуется с производительностью грунтового
242
Таблица 7.9
Значение коэффициента К'г
Место укладки грунта Способ намыва грунта
безэстакадный или низкоопорный эстакадный
Способ транспортирования грунта
напорный (гидро- мониторно-земле- сосные установки) самотечный
гидромониторно- землесосная уста- новка гидромониторная установка
Отвал с устройством обвалования или на- мыв сооружений под воду Широкопрофильные части сооружений и штабели Узкопрофильные части сооружений Водоем или отвал без устройства обвалова- ния 0,90 0,85 0,75 0,95 0,80 0,75 0,70 0,85 0,90 0,85 0,90
насоса. Необходимое число гидромониторов в забое принима-
ется с учетом одного резервного.
7.3.3. Технологические схемы гидромониторного
размыва пород
Гидромониторные работы применяются на угольных карь-
ерах, карьерах сырья для огнеупоров, строительных материа-
лов, рудной промышленности и на месторождениях янтаря.
В большинстве случаев гидромониторный размыв приме-
няется на вскрышных работах. На карьерах россыпных и неко-
торых угольных месторождений, а также для разработки сили-
катных и формовочных песков гидромониторный размыв ис-
пользовался и используется также и для разработки полезного
ископаемого.
В зависимости от высоты уступа, физико-механических
свойств пород и производительности гидромониторной уста-
243
новки уступ по длине делится на заходки. По отношению к ус-
тупу заходки могут быть поперечными или продольными.
При поперечной разработке длина заходки не превышает го-
дового подвигания рабочего борта, при продольной — фрон-
та работ установки (см. рис. 7.13). На ряде карьеров Кузбасса
годовые блоки отрабатываются заходками с веерным переме-
щением (рис. 7.21).
Если гипсометрия почвы рыхлых отложений позволяет на-
правлять поток пульпы с достаточным уклоном вдоль фронта
работ установки, то блок отрабатывается продольными заход-
ками. Если уклон подошвы уступа перпендикулярен фронту ра-
бот, то нарезают поперечные заходки. Разработка уступа попе-
речными заходками применяется на большинстве карьеров сы-
рья для огнеупоров.
На многих карьерах (главным образом угольных) разработ-
ка уступа ведется продольными заходками. Это обусловлено
общей организацией работ в карьере и зачастую наличием бла-
гоприятной гипсометрии почвы рыхлых отложений.
Поскольку гидромониторы обычно передвигаются прямо-
линейно, то считают, что ширина заходки гидроустановки оп-
ределяется числом гидромониторов в забое. При самотечном
гидротранспорте нет ограничений в ширине заходок, так как
для заходки любой ширины возможно подобрать требуемое чи-
сло гидромониторов.
При гидромониторной разработке с напорным гидро-
транспортом ширина и длина заходки существенно влияют на
величину недомыва, поэтому размеры заходки ограничивают.
Так, при разработке песчано-глинистых пород с горизонталь-
ной подошвой уступа ширина заходки ограничивается 50—100 м,
Рис. 7.21. Схема веерной
отработки годовых блоков:
1 — грунтовой насос первого
подъема; 2 — гидромониторы;
3 — водовод; 4 — пульпопро-
вод; /, //, III — порядок отра-
ботки вскрышных пород
(участки) при соответствую-
щем положении гидромонито-
ров относительно грунтового
насоса
244
а длина — 100—150 м. Если нижележащий уступ тоже являемся
вскрышным и отрабатывается экскаваторами, которые попут-
но могут убрать и недомыв, то размеры заходки увеличивают.
Когда гидромониторными работами вскрывается полезное ис-
копаемое и для уборки недомыва необходимо использовать до-
полнительные механизмы, заходки нарезают минимального
размера.
Гидромониторная разработка может осуществляться по двум
технологическим схемам, различающимся организацией работ
в забое: с размывом породы в массиве и с предварительным рых-
лением забоя.
При разрушении рыхлых, неслежавшихся грунтов, а также
неплотных мелкозернистых и пылеватых песков, легких супе-
сей и лёссов процесс гидромониторной разработки является
однооперационным, так как при воздействии низконапорной
струи (до 0,5 МПа) грунт одновременно с рыхлением насыща-
ется водой. Основной задачей разработки в этих условиях явля-
ется поддержание постоянства расхода пульпы и концентрации
в ней твердого.
При размыве связных пород, к которым относятся суглин-
ки разной плотности, тощие и полужирные глины, а также сле-
жавшиеся песчано-гравийные грунты, процесс гидромонитор-
ной разработки состоит из двух последовательно выполняемых
операций. Первая — подрезка уступа, в результате чего проис-
ходит обрушение и рыхление грунта, вторая — смыв разрых-
ленного грунта. Наиболее трудоемкой операцией является под-
резка уступа при плотных породах. При тяжелых суглинистых и
особенно глинистых породах она занимает 50—70 % всего ра-
бочего времени и требует значительных удельных расходов во-
ды. При менее плотных породах время на подрезку составляет
30—50 %. Подрезка уступа требует больших напоров, чем смыв
обрушенного грунта. Поэтому на карьерах, где подрезка ведет-
ся по плотным породам, работают с двумя напорами воды. Во
время подрезки уступа включается дополнительный («подрез-
ной») насос, который повышает напор воды, подаваемой в
гидромонитор (рис. 7.22). После подрезки и обрушения уступа
этот насос отключается. Наиболее эффективна организация ра-
бот, при которой подрезка производится по менее связным и
вязким породам.
245
Рис. 7.22. Схема разработки уступа при применении «подрезного» насоса:
1 — гидромониторы; 2 — землесосные станции; 3 — «подрезной» насос; 4 — пульпо-
провод; 5 — водовод; 6 — зумпфы
Обычно при гидромониторной разработке толщи в несколь-
ко уступов границу между уступами стараются выбирать так,
чтобы подрезка велась по менее связным породам.
При смыве обрушенного грунта на производительность ус-
тановки в основном влияют физико-механические свойства по-
род, водопроизводительность гидромонитора, расстояние от
гидромонитора до забоя и условия подтекания пульпы до
зумпфа.
Размыв уступа может осуществляться попутным, встреч-
ным или попутно-встречным забоем (рис. 7.23). Размыв, при
котором направление движения потока пульпы в забое совпа-
дает с направлением движения струи гидромонитора, называ-
ется размывом попутным забоем, а размыв, при котором на-
правление потока пульпы противоположно движению гидро-
мониторной струи, — размывом встречным забоем. При ус-
тановке гидромонитора на верхней площадке уступа размыв
осуществляется попутным забоем, при установке гидромонито-
ра на нижней площадке — встречным забоем. Иногда размыв
246
a
Рис. 7.23. Схемы размыва пород попутным (а), встречным (6) и попутно-
встречным (в) забоями:
1 — гидромониторы; 2 —- водоводы; 3 — поток гидросмеси; 4 — зумпф; 5 — землесо-
сная установка; 6 — пульпопровод
осуществляется попутно-встречным забоем. Преимущество раз-
мыва попутным забоем заключается в том, что гидромониторы
и водоводы всегда находятся в сухом месте, что значительно
облегчает работу обслуживающего персонала и передвижку
оборудования. Кроме того, размыв может осуществляться с
меньшим недомывом, так как струя гидромонитора, действуя
по направлению потока пульпы, способствует перемещению
породы. Недомыв образуется на рабочей площадке уступа в
связи с необходимостью иметь уклон для подтекания пульпы.
Максимальная высота недомыва обычно составляет 1,5—2,5 м.
Недостатком размыва попутным забоем является уменьше-
ние напора воды на высоту уступа по сравнению с напором воды
при размыве встречным забоем. Размыв попутным забоем может
быть более эффективным при предварительной подготовке на
нижней площадке уступа приемной канавы для отвода пульпы.
Размыв встречным забоем является наиболее эффективным, так
как струя разрабатывает породу с подбойкой. Недостаток раз-
мыва встречным забоем — увлажнение рабочей площадки.
Наиболее распространенным является размыв встречным
забоем, при котором гидромонитор устанавливают на подошве
разрабатываемого уступа и поток пульпы самотеком движется
в сторону гидромонитора, навстречу струе воды.
В зависимости от угла встречи струи с забоем могут быть
применены следующие способы отработки заходки: струя гид-
ромонитора направлена на забой под прямым или близким к
нему углом, веерный и боковой способы направления струи.
При применении первого способа обрушение уступа идет на-
встречу струе гидромонитора. Этот способ разработки приме-
няется на легких и тяжелых с точки зрения размыва породах. В
первом случае работают с одним напором воды, процесс раз-
работки является однооперационным и практически с постоян-
ным содержанием твердого в пульпе. Во втором случае — с
двумя (высоким и низким) напорами воды, процесс разработки
состоит из подрезки обрушения уступа и смыва обрушенного
грунта. При веерном и боковом способах отработки обрушение
уступа обычно направлено поперек струи гидромонитора. Эти
способы применяются на породах средней плотности; гидро-
мониторы работают с одним повышенным напором и при од-
нооперационном процессе разработки.
248
7.3.4. Технологические схемы
гидравлической разработки россыпей
Гидравлический способ разработки россыпей применяется
на Урале, в Амурской области, Приморском крае, в Восточной
и Западной Сибири, а также на многолетнемерзлых россыпях
Севера и Северо-Востока страны.
Глубина разработки россыпей составляет 2—3, 10—12 и
18— 20 м соответственно при гидромониторной, гидроэлева-
торной и землесосной подаче песков на промывочный прибор.
Технологические схемы выемки пород осуществляются с
размывом массива гидромониторами или с предварительным
рыхлением при последующем напорном или самотечном гид-
ротранспортировании гидросмеси. Иногда разработка может
осуществляться земснарядами.
Основными технологическими процессами при гидравли-
ческой разработке россыпей являются уборка пустых пород,
размыв песков, гидравлическое транспортирование, промывка
песков на промывочных приборах, гидроотвалообразование.
При гидравлическом способе разработки россыпей различают
подготовительные работы, работы по вскрытию и добычные ра-
боты. Подготовительные работы включают в себя очистку по-
лигонов от деревьев, кустарников, пней, уборку валунов, отвод
русел (осушение), уборку торфов и др. От качества подготови-
тельных работ и их своевременности зависит эффективность
добычных работ.
Технология разработки пород определяется способом раз-
мыва.
Технология с попутным забоем. Направление струи гидро-
монитора совпадает с уклоном поверхности, что способствует
облегчению выноса породы из забоя. Такая технология требует
предварительного проведения нарезной выработки — канавы
(рис. 7.24).
Данную технологию рекомендуется применять для разра-
ботки россыпных месторождений шириной более 40 м при
мощности размываемого уступа от 2 до Юм. Разновидностью
технологии является разработка попутно-отступающим забоем.
Этот вариант обычно применяют при небольшой мощности
россыпи (до 3,5 м) и значительной ее ширине. Уклон россыпи
должен быть не менее 0,005.
249
7
Рис, 7.24. Технологическая схема разработки россыпного месторождения попут-
ным забоем:
7 — гидромониторы; 2 — напорный водовод; 3 —• грунтовой насос; 4 — бункер; 5 —
гидровашгерд; б — вскрывающая канава; 7 — экскаватор, проводящий канаву для
вскрытия следующего блока
Технология со встречным забоем. Направления полета струи и
потока размытой породы прямо противоположны (рис. 7.25).
Необходимый уклон должен быть не менее 0,02.
Такая технология часто используется при вскрышных ра-
ботах на достаточно глубоких россыпях. Вскрытие россыпи
производят котлованом, который расширяют струями гидро-
мониторов, установленных на поверхности, до необходимых
размеров. После этого гидромониторы опускают в забой.
Технология с боковым забоем. Применяется при разработке
россыпей шириной более 40 м и глубиной залегания более 4—5
м (рис. 7.26). Размыв породы может происходить как встреч-
ным, так и попутным забоем.
Технология с веерным забоем. По этой технологии с одной
стоянки гидромонитора может быть размыт значительный
объем породы, т. е. фронт забоев перемещается вокруг гидро-
монитора на 360° (рис. 7.27). Уклон рекомендуется не более
0,001, а уступы — в пределах 2 м. При большой мощности ус-
тупа и значительных уклонах плотика россыпи разрабатывают
250
полувеером, т. е. фронт работ вокруг гидромонитора поворачи-
вается не более чем на 180°.
Рис. 7.25. Технологическая схема разработки россыпного месторождения
встречным забоем:
I — гидромониторы; 2 — напорный водовод; 3 — грунтовой насос; 4 — приемный
бункер для гидросмеси; 5 — промывочная установка; 6 — пульпопровод к промывоч-
ной установке; 7 — переносные щиты для направления потока гидросмеси
Рис. 7.26. Технологическая схема разработки россыпного месторождения бо-
ковым забоем:
1 — гидромониторы; 2 — напорный водовод; 3 — грунтовой насос; 4 — приемный
бункер для гидросмеси; 5 — пульпопровод к промывочной установке; 6 — первона-
чальный котлован вскрытия; 7 — переносные щиты для направления потока гидросмеси
251
Рис. 7.27. Технологическая схема разработки россыпного месторождения с
веерным подвиганием забоя:
/ — гидромониторы; 2 — напорный водовод; 3 — грунтовой насос; 4 — приемный
бункер для гидросмеси; 5 — пульпопровод к промывочной установке; 6 — первона-
чальный котлован вскрытия; 7 — переносные щиты для направления потока гидросмеси
Разработку суглинистых, глинистых, сцементированных,
мерзлых рыхлых пород рекомендуется производить гидромони-
торным размывом с предварительным разупрочнением пород.
Предварительное рыхление экскаватором (породы IV—V кате-
горий крепости), буровзрывным способом (полускальные, сце-
ментированные, мерзлые), нагнетанием воды в массив приме-
няется в суглинистых породах. Возможно послойное рыхление
мерзлых пород бульдозерами.
Рассмотренные технологические схемы применяются как при
вскрышных, так и при добычных работах. На добычных рабо-
тах в комплексе со средствами гидромеханизации используются
бульдозеры. В этом случае разработка песков производится
бульдозерами с диагональными заездами к гидравлическому
промывочному прибору с землесосной или с гидроэлеваторной
подачей.
7.4. Подготовка пород к гидромониторному размыву
С увеличением прочностных свойств вскрышных пород эф-
фективность гидромониторной разработки уменьшается. Осо-
бенно трудоемка и малопроизводительна операция гидравли-
ческого врубообразования, при которой удельные расходы во-
252
ды в 20—25 раз превышают расход воды при смыве обрушен-
ной породы. Отсюда следует, что улучшения технико-эконо-
мических показателей гидромеханизации возможно достигнуть
путем применения предварительного рыхления пород механи-
ческим или буровзрывным способом.
Механический способ подготовки пород к размыву харак-
теризуется отделением породы от массива непосредственным воз-
действием на нее исполнительного органа. На карьерах наиболь-
шее применение получил экскаваторный способ рыхления по-
род. Обычно он применяется для рыхления тяжелых суглинков
и тощих глин. Наибольший эффект достигается при использо-
вании драглайнов, позволяющих образовывать навалы большо-
го объема, благодаря чему уменьшается число передвижек за-
бойного оборудования при смыве навала. Рыхление породы
драглайном осуществляется по двум схемам (рис. 7.28, а, б):
• драглайн разрабатывает забой и сбрасывает породу на
нижнюю площадку уступа, где она сразу размывается гидро-
монитором;
• драглайн разрабатывает забой и образует навал на верх-
ней площадке уступа.
При быстрослеживающихся породах объем навала прини-
мается равным 3-суточному объему размыва.
Достоинством первой схемы является то, что при малом уг-
ле поворота драглайна достигается большая производительность
экскаватора. Недостаток этой схемы заключается в необходи-
мости синхронной работы драглайна и гидромонитора. Вторая
схема нашла наибольшее применение, так как драглайн работа-
ет с некоторым опережением и размыв породы гидромонито-
ром не зависит от работы драглайна. Применялась эта схема на
угольных карьерах Кузбасса.
При наличии в толще пород нескольких слоев различной
прочности рыхлению могут подвергаться только более плот-
ные слои, которые разрабатываются драглайном и укладыва-
ются в навал на породы, не требующие предварительного рых-
ления. Гидромониторный размыв целика и навала производит-
ся совместно (рис. 7.28, <?).
Предварительное рыхление пород тракторным скрепером и
бульдозером целесообразно применять при мощности вскрыши
до 3 м. При рыхлении бульдозер разрабатывает уступ слоями
высотой 0,1—0,3 м и перемещает породу в навал или к зумпфу
253
Рис. 7.28. Схемы гидромониторного размыва породы, предварительно раз-
рыхленной драглайном:
а — на нижней площадке уступа; б — на верхней площадке уступа; в — при предвари-
тельном рыхлении только нижней части уступа; 1 — драглайн; 2 — землесосная стан-
ция; 3 — гидромонитор; 4 — водовод; 5 — пульпопровод; Ну — высота разрабатывае-
мого уступа; /4 — ширина заходки экскаватора
землесосной станции (рис. 7.29). Работы по этой схеме могут
вестись и при наличии в породе крупных включений песчани-
ков и валунов. После смыва песка включения песчаника и ва-
254
лунов можно удалять бульдозером. Рыхление бульдозером мо-
жет осуществляться последовательным его перемещением
вкрест или вдоль фронта работ. В случае перемещения бульдо-
зера вкрест фронта работ откос уступа постепенно выполажи-
вается, а порода смывается гидромонитором. При рыхлении
породы вдоль фронта работ бульдозер, находясь на верхней
площадке уступа, срезает породу стружками толщиной
0,1—0,15 м на ширину лемеха и сбрасывает ее под откос. По-
степенно уменьшая высоту уступа, бульдозер опускается на ниж-
нюю площадку.
Как показал опыт ведения гидровскрышных работ на уголь-
ных карьерах, один бульдозер не обеспечивает производитель-
ности гидроустановки. Применение же нескольких бульдозеров
резко увеличивает затраты на рыхление. Поэтому широкого при-
менения подготовка пород к размыву бульдозером не получила.
Гидромониторный размыв пород с предварительным рых-
лением буровзрывным способом не нашел широкого примене-
ния на карьерах.
Большой опыт буровзрывного рыхления плотных глин име-
ется на разрезе им. 50-летия Октября в Кузбассе, где примене-
ние буровзрывного способа подготовки пород к размыву по-
зволило повысить производительность гидроустановок в 2—4
раза. Рыхление осуществлялось при следующих параметрах бу-
ровзрывных работ. Высота уступа до 20 м. Расстояние между ря-
дами скважин составляет 6 м, между скважинами в ряду — 7 м.
Диаметр скважин 160—190 мм. Рыхление осуществлялось колон-
ковыми зарядами с воздушными и водяными промежутками. На
Рис. 7.29. Схема гидромониторного размыва породы, предварительно раз-
рыхленной бульдозером:
1 — бульдозер; 2 — гидромонитор; 3 — землесосная станция; 4 — зумпф
255
уступах высотой более 20 м расстояние увеличивается до 8 м, а
расстояние между скважинами в ряду — до Юм. Удельный рас-
ход ВВ (зерногранулит 30/70) равен 106—200 и 200—250 г/м3
соответственно для тяжелых суглинков и глин. В качестве ВВ
для промежуточных разрядов использовался аммонит 6ЖВ.
Предварительное рыхление пород водонасыщением возмож-
но осуществлять напорной и безнапорной водой. Насыщение
пород напорной водой через перфорированные трубки называ-
ется методом Карцева. Сущность его заключается в том, что
вдоль бровки уступа на расстоянии, равном половине высоты
уступа, располагаются перфорированные трубки диаметром 12—
18 мм, которые постепенно погружают на всю высоту уступа.
Трубки соединяются с магистральным водоводом при помощи
гибких шлангов и к ним подается вода под давлением 0,8—
0,9 МПа. При водонасыщении порода отрывается от общего
массива и обрушается или сползает вниз по откосу. Обычно ис-
пользуются 5—6 трубок на гидромонитор. Продолжительность
насыщения 1—3 ч. Этот способ из-за недостаточной эффектив-
ности имеет ограниченное применение.
При насыщении пород безнапорной водой на верхней пло-
щадке уступа проводят траншеи глубиной 1,5—2 м, а из выну-
той породы вокруг траншей делают обвалование с тем, чтобы
увеличить их емкость. Траншеи заполняют водой. Высота слоя
воды должна быть 3—4 м. Вода, находящаяся в траншеях, на-
сыщает породу уступа, что облегчает гидромониторную разра-
ботку. Так, если при разработке лессов без водонасыщения
удельный расход составляет 8—10 м3/м3 при напоре у насадки,
равном 100—120 м, то при их водонасыщении он уменьшается
до 4 м3/м3 при напоре у насадки 60—80 м. Насыщение породы
безнапорной водой надо начинать заблаговременно, так как оно
зависит от фильтрационных свойств породы (рис. 7.30). Чтобы
при разработке уступа из траншей не вытекала вся вода, в них
по длине устраивают перемычки. Разработку уступа рекомен-
дуется начинать сверху с целью избежания возможного возник-
новения оползневых явлений.
Разработка вскрышных пород для гидротранспорта также
может осуществляться роторными или многочерпаковыми экс-
каваторами с использованием промежуточного конвейерного
транспорта.
256
Рис. 7.30. Схема насыщения породы безнапорной водой:
1 — траншея с обвалованием; 2 — гидромонитор; 3 — землесосная станция; 4 — зумпф
Исследованиями, проведенными МГИ (МГГУ), доказано,
что механическому рыхлению целесообразно подвергать толь-
ко часть породы, производя механическое врубообразование. В
результате врубообразования происходит обрушение массива
под действием сил тяжести. Удельный расход воды в этом слу-
чае при последующем размыве уменьшается в 2—3 раза.
Известны различные технологические схемы гидромони-
торной разработки пород с применением механической подрез-
ки. В 70-х годах в ИГД СО АН СССР была изготовлена на базе
экскаватора ЭШ-4/40 экспериментальная подрезная машина. В
результате испытаний выяснено, что конструкция такой маши-
ны работоспособна и позволяет в 2 раза повысить производи-
тельность гидроустановки. На основании результатов испыта-
ний экспериментального образца подрезной машины работни-
257
ками объединения «Кемеровоуголь» в свое время была выдви-
нута идея о создании гидрокомбайна со шнекофрезным под-
резным устройством, в котором рыхлитель и смывной гидро-
монитор объединены на единой базе (рис. 7.31).
Специфическая особенность гидрокомбайна состоит в том,
что его высокая производительность требует частой передвиж-
ки гидроустановок. Сезонная производительность гидроком-
байна составляет 1,2 млн м3 вскрыши.
Рис. 7.31. Схема разработки уступа гидрокомбайном:
} — рыхлитель; 2 — смывной гидромонитор; 3 — водоводы
7.5. Технология разработки полу скальных пород
для гидротранспорта
Гидротранспорт полу скальных пород предусматривает транс-
портирование кусков, крупность которых определяется диамет-
ром трубопровода и проходными размерами землесосов, загру-
зочных аппаратов или другого оборудования. Надежная рабо-
та гидротранспорта гарантируется, если крупность кусков на
20—30 % меньше проходных размеров рабочего колеса земле-
сосов и не превышает 1 / 3 диаметра трубы. При современном тех-
ническом уровне на карьерах максимальный размер кусков, транс-
портируемых по трубопроводам, составляет 180—200 мм. Сле-
довательно, для гидротранспортирования полускальных пород
крупность кусков не должна превышать 200 мм. Такая круп-
ность кусков может быть обеспечена путем применения специ-
258
альных экскаваторов с цилиндрическим рабочим органом,
дробилок ударного действия и интенсификации взрывных работ.
Наиболее эффективным является применение самоходных
или полустационарных дробилок. Тип дробилки выбирается по
максимальной крупности кусков, производительности, физико-
механическим свойствам пород, экономичности и степени дроб-
ления. Максимальная крупность кусков, подлежащих дробле-
нию, не должна превышать 1200 мм, так как приемные отвер-
стия дробилок не позволяют принимать более крупные куски.
Для дробления кусков такой крупности используются одноро-
торные дробилки СМД-87, щековые дробилки 1500 х 2100, ко-
нусные дробилки ККД-1500/150 и ККД-1500/180.
В табл. 7.10 приведен фракционный состав взорванных по-
род на угольных карьерах Кузбасса.
Таблица 7.10
Фракционный состав взорванных пород
Породы Содержание фракций, %, крупностью, мм
<600 600—800 800—1000 1000—1200 >1200
Алевролиты Песчаники: 70,1 20,1 9,8 —
средневзрываемые 53 20,8 14,6 7,5 4,1
трудновзрываемые 48,4 12,3 15,3 13,3 5,7
По заданной производительности установки 300—400 м3/ч
по твердому для дробления может быть использована любая
дробилка. Критериям прочности, упругости и содержанию ок-
сида кремния также удовлетворяет любая из указанных выше
дробилок.
У конусных дробилок при ширине разгрузочного отверстия
180 мм максимальная крупность отдельных кусков после дроб-
ления составляет 350—400 мм. Аналогичную крупность кусков
обеспечивают и щековые дробилки. У роторных дробилок макси-
мальная крупность кусков после дробления 100—150 мм
(данные были получены при дроблении известняка с коэффи-
циентом крепости/ = 9 + 10 по шкале М.М. Протодьяконова).
Роторные дробилки в 4—5 раз дешевле конусных и щековых
дробилок той же мощности и имеют в 4 раза меньшую массу
при значительно меньших затратах на монтаж, так как затраты
259
на монтаж пропорциональны массе дробилки. Обладая мень-
шей массой, полустационарные и стационарные роторные дро-
билки не требуют массивного фундамента.
Удельная металлоемкость самоходных дробильных агрега-
тов является важным показателем эффективности применения в
них дробилок различных типов. На самоходных агрегатах наи-
более удобно использовать дробилки ударного действия, кото-
рые при одинаковой производительности со щековыми дро-
билками имеют в 5 раз меньшую массу. Кроме того, дробилки
ударного действия характеризуются весьма высокой степенью
дробления, что позволяет при одинаковом размере выходного
отверстия иметь большие параметры приемного отверстия. Это
достоинство дробилок ударного действия особенно важно для
условий гидротранспорта, так как крупность взорванной гор-
ной массы в большинстве случаев бывает значительной.
К дробилкам ударного действия относятся молотковые и ро-
торные. В молотковых дробилках породы дробятся ударами шар-
нирно закрепленных молотков, а в роторных — ударами закре-
пленных на роторе бил. Дробилки ударного действия наиболее
удобны в эксплуатации и могут быть использованы для круп-
ного, среднего и мелкого дробления.
Исследования, проведенные в 60-е и 70-е годы, показывают,
что на угольных карьерах Кузбасса целесообразно осуществить
гидротранспорт полускальных пород. Широкое внедрение гид-
ротранспорта полускальных пород задерживается из-за отсут-
ствия приемлемого в данных условиях оборудования для под-
готовки пород к гидротранспортированию. После буровзрыв-
ной подготовки полускальных пород к выемке взорванная гор-
ная масса содержит до 80 % кусков породы крупностью более
200 мм.
Для подготовки полускальных пород к гидротранспорти-
рованию по технико-экономическим требованиям, разработан-
ным лабораторией гидромеханизации МГИ (ныне МГГУ), из-
готовлен самоходный агрегат АДП-400 с использованием ро-
торной дробилки СМД-87. Агрегат успешно прошел промыш-
ленные испытания на разрезе им. 50-летия Октября. Испытания
проводились при гидротранспортировании аргиллитов, алев-
ролитов и песчаников с пределом прочности при растяжении
4—5,4 МПа (рис. 7.32).
260
/у..... ............... /££
Рис. 7.32. Конструктивная схема самоходного агрегата АДП-400
Технологическая схема включала в себя экскаватор ЭКГ-
4,6 для погрузки взорванной горной массы. После дробления в
агрегате порода поступала в бункер-гидроэлеватор, где проис-
ходил процесс пульпообразования. Из бункера-гидроэлевато-
ра землесосом ЗГМ-2М пульпа подавалась в загрузочный ап-
парат АЗТ-500, из которого она по магистральному трубопро-
воду перемещалась на гидроотвал (расстояние транспортиро-
вания 2300 м, высота подъема пульпы 65 м).
Техническая характеристика агрегата АДП-400
Теоретическая производительность, м3/ч.....................400
Максимальный размер кусков, подаваемых
экскаватором в бункер агрегата, мм.........................900
Коэффициент крепости дробимых пород
(по шкале проф. М.М. Протодьяконова)........................10
Максимальный размер кусков после
дробления, мм.............................................. 150—200
Вместимость приемного бункера, м3 ......................... 15
Удельное давление на основание, МПа .......................0,24
Установленная мощность электродвига-
телей, кВ-А................................................660
Скорость вращения бил ротора дробилки, м/с.................20; 30; 40
Подводимое напряжение, В................................. 6000
Мощность электродвигателя дробилки, кВт....................250
Число бил дробилки ........................................4
Масса, т...................................................290
Одним из основных вопросов подготовки полускальных по-
род к гидротранспорту является вопрос износа и срока службы
бил.
261
Для исследования процесса дробления горных пород и ус-
тановления количественных характеристик, отражающих износ
бил дробилок и влияние на него физико-механических свойств
пород, в МГИ был принят метод лабораторных исследований,
основанных на физическом моделировании (автор И.М. Ялта-
нец). Исследования проводились на модели роторной дробилки
по методике, разработанной ВНИИстройдормашем. Всего на
стенде было раздроблено 400 кг породы.
По результатам лабораторных и промышленных исследова-
ний установлено, что роторная дробилка обеспечивает по ус-
ловию гидротранспортирования дробление пород и рекомен-
дуется для совместной работы с гидрокомплексом.
В данном и последующих разделах под технологическими
комплексами вскрышных и добычных работ понимается сово-
купность комплексов оборудования и технологических реше-
ний, совместно обеспечивающих безопасное, высокопроизводи-
тельное и экономичное выполнение горных работ в необходи-
мых объемах. Понятие «технологические комплексы» впервые
было введено акад. В.В. Ржевским.
Разнообразие горно-геологических условий месторождений
полезных ископаемых вызывает необходимость применения на
различных месторождениях разных технологических схем раз-
работки. Транспортирование пород возможно осуществлять пе-
редвижными, полустационарными и стационарными гидроус-
тановками.
На угольных месторождениях Центрального Кузбасса со
складчатым строением сильно нарушенных пластов мощностью
1—20 и 20—40 м при мощности междупластий 10—30 м реко-
мендуется применять полустационарные установки с использо-
ванием промежуточного автотранспорта. Такие установки мо-
гут располагаться на подошве карьера или на одном из проме-
жуточных горизонтов. По мере углубления горных работ они
периодически опускаются на один или несколько горизонтов.
Дробильно-грохотильные установки, построенные на борту карь-
ера у предельного его контура, являются стационарными.
При расположении перегрузочного пункта на борту карье-
ра затраты по автотранспорту из-за большого расстояния транс-
портирования породы являются значительными. В случае рас-
262
положения дробильно-грохотильной установки на подошве карь-
ера увеличиваются затраты на гидротранспорт и автотранс-
порт. Кроме того, создаются неблагоприятные условия для под-
готовки лежащего ниже горизонта. Расположение перегрузоч-
ного пункта в середине группы горизонтов способствует лик-
видации указанных выше недостатков.
В случае применения схемы разработки с использованием
полустационарных (стационарных) гидроустановок и автотранс-
порта (рис. 7.33, 7.34) взорванная порода экскаватором грузит-
ся в автосамосвалы, которые доставляют ее в приемный бункер
полустационарной установки. Из бункера пластинчатый пита-
тель подает породу на вибрационный грохот (рис. 7.35, 7.36).
Рис. 7.33. Схема узла подготовки полускальных пород для гидротранспорта:
1 — приемный бункер; 2 — пластинчатый питатель; 3 — вибрационный грохот; 4 —
роторная дробилка; 5 — течка; 6 — зумпф; 7 — землесос; 8 — водовод; 9 — пульповод
263
11 12 13 14 15
Рис. 7.34. Технологическая схема отработки (условно в одну линию) полу-
скальных пород для гидротранспорта:
1 — экскаватор-мехлопата; 2 — автосамосвал; 3 — приемный бункер; 4 — питатель; 5
— грохот; 6 — роторная дробилка; 7 — течка (желоб); 8 — водовод; 9 — приемный
зумпф; 10 — землесосная станция; 11 — насосная станция; 12 — водосборник осветлен-
ной воды; 13 — пульпопровод; 14 — дамба обвалования гидроотвала; 15 — гидроотвал
Рис. 7.35. Продольная двухбортовая система разработки с применением полуста-
ционарных гидроустановок и промежуточного автомобильного транспорта:
1 —экскаватор-мехлопата; 2 — автосамосвал; 3 — землесосная станция первого подъ-
ема; 4—зумпф; 5—роторная дробилка; 6—приемный бункер
Рис. 7.36. Поперечная двухбортовая система разработки с применением полустационарных гидроустановок и промежу-
точного автотранспорта:
1 — экскаватор; 2 — автосамосвал: 3 — землесосная станция; 4 — зумпф; 5 — роторная дробилка; 6 — приемный бункер; 7 — пульпо-
провод; 8 — водовод
Подрешетные фракции поступают в желоб, находящийся
под грохотом, а затем — в приемный зумпф землесосной стан-
ции. Надрешетные фракции крупностью более 150 мм поступа-
ют в роторную дробилку СМД-87, где они дробятся до необхо-
димой крупности, а затем через разгрузочную течку поступают
в зумпф. В последнем порода перемешивается с водой и транс-
портируется по трубопроводу на гидроотвал с помощью земле-
соса или загрузочного аппарата. Такую комбинацию транспор-
та целесообразно применять при селективной разработке на-
клонных и крутых месторождений, когда в пределах уступа бло-
ки пустых пород перемежаются с блоками полезного ископае-
мого. Перегрузочный пункт в этом случае может находиться за
пределами контура карьера или на одном из промежуточных
горизонтов. Такую схему целесообразно также применять при
разработке разубоженного угля, который автосамосвалами до-
ставляется до обогатительной установки, расположенной за
пределами карьера. На перегрузочном пункте дробильное и ги-
дромеханизационное оборудование может быть сблокировано,
а управление автоматизировано. Монтажные и демонтажные
работы по передвижке полустационарных гидроустановок про-
изводятся в зимнее время.
Достоинствами схемы с применением полустационарных ус-
тановок являются высокий коэффициент использования обору-
дования, удобство нарезки новых горизонтов, обеспечение се-
лективной выемки, возможность автоматизации перегрузочно-
го пункта и всей гидротранспортной системы. К недостаткам та-
кой схемы следует отнести необходимость использования до-
полнительного транспорта и устройства дополнительных соо-
ружений по организации перегрузки породы.
Учитывая условия поточности гидротранспорта, вмести-
мость бункера дробильно-грохотильного узла и число автоса-
мосвалов, доставляющих породу из забоя экскаватора, должны
обеспечивать равномерное питание дробилки и землесосных ус-
тановок. По данным зарубежной практики, при дроблении по-
род на полустационарных установках минимальная вместимость
приемного бункера должна быть не менее двукратной емкости
автосамосвала, а максимальная — не менее четырехкратной.
Размер нижнего отверстия бункера определяется шириной при-
нятого типа питателя. Размер верхнего загрузочного отверстия
бункера зависит от числа одновременно разгружаемых автоса-
мосвалов.
266
Вместимость бункера прямо пропорциональна производи-
тельности перегрузочного пункта (рис. 7.37). Тип питателя
(табл. 7.11) выбирается в зависимости от его производительно-
сти и характеристики разрабатываемых пород. Для липких и
влажных пород рекомендуется мокрое грохочение, увеличива-
ющее производительность грохота при сохранении заданной
эффективности. В табл. 7.12 приведена техническая характери-
стика инерционных колосниковых грохотов тяжелого типа.
Варианты технологических комплексов при продольной си-
стеме разработки приведены на рис. 7.38.
Рис. 7.37, Конструктивная схема приемного бункера вместимостью около 50 м3
267
Таблица 7.11
Техническая характеристика питателей
Питатель Ширина, мм Длина, мм Масса, т Скорость движения, м/с Производите- льность, м3/ч
IC-15-45 4500 41
IC-15-60 1500 6000 46 0,02—0,06
IC-15-90 9000 60
IC-18-45 4500 55
IC-18-60 1800 6000 70 0,02—0,06
IC-18-90 9000 85
ПС-12-45 4500 20
ПС-12-60 1200 6000 25 0,1—0,32 215; 325;
ПС-12-90 9000 30 430; 650
ПС-15-45 4500 22
ПС-15-60 1500 6000 30 0,08—0,25 250; 380;
ПС-15-90 9900 40 500; 800
ПС-18-45 4500 40
ПС-18-60 1800 6000 45 0,08—0,16 400; 600;
ПС-18-90 9000 55 800
Примечание. Производительность дана в зависимости от мощности двигателя.
Таблица 7.12
Техническая характеристика грохотов
Грохот Эффектив- ность гро- хочения, % Максималь- ный размер кусков, по- ступающих на грохот, мм Часовая производи- тельность, т Граница разделе- ния, мм Рекоменду- емый угол наклона, град Размеры, мм
С-724 70—85 750 350 70—150 15 1250x 2500
СМ-690Б 70—85 1000 450 70—150 20 1500x3000
С-725 70—85 1300 900 180—200 13 2000 х 4000
268
Рис. 7.38. Схемы разрабо тки полускальных пород с применением гидротранс-
порта:
«Лив — с использованием соответственно полустационарныхустановок, гидроэлева-
торов и наклонных лотков; 1 — экскаватор; 2 — агрегат АДП-400; 3 - - гидроэлеватор;
4 — насос; 5 — землесос; 6 — водовод; 7 — пульпопровод; X --- буровой станок; 9 —
лоток; 10 — автосамосвал; 11 — зумпф
При схеме разработки с использованием самоходных уста-
новок и гидроэлеваторов взорванная порода экскаватором гру-
зится в приемный бункер агрегата АДП-400. Из бункера поро-
да подается питателем в роторную дробилку С МД-87, где она
дробится до максимальной крупности 180—200 мм. Дробленая
порода конвейером подается в приемный бункер гидроэлевато-
ра. В последнем она смешивается с водой и в виде густой пуль-
пы попадает в смесительную камеру. Из приемной камеры
пульпа увлекается струей воды, подаваемой по водоводу в гид-
роэлеватор и транспортируется к землесосу первого подъема. С
помощью землесосов или землесоса и загрузочного аппарата
269
пульпа транспортируется на гидроотвал. Передвижка гидроэле-
ватора за экскаватором осуществляется после отработки блока,
длина которого равна длине приемного бункера гидроэлеватора.
Передвижка пульпопровода, водовода и гидроэлеватора по мере
продвигания фронта работ осуществляется после отработки двух
экскаваторных заходок. Землесосная станция первого подъема пе-
редвигается вслед за гидроэлеватором через каждые 150—180 м.
Достоинствами данной схемы разработки являются простота
и надежность в эксплуатации. К недостаткам схемы следует отне-
сти чувствительность к изменению длины пульповода, частые пе-
редвижки гидроэлеватора и землесосной станции первого подъема.
При схеме разработки с использованием самоходных уста-
новок и наклонных лотков взорванная порода экскаватором
грузится в приемный бункер агрегата АДП-400. Из бункера по-
рода подается питателем в роторную дробилку СМД-87, где она
дробится до максимальной крупности 180—200 мм. Дробленая
порода подается конвейером в лоток, проложенный вдоль на-
клонного уступа. В лотке порода смешивается с водой, пода-
ваемой сверху вниз, и образованная пульпа по лотку поступает
в зумпф землесосной станции первого подъема. Из зумпфа пуль-
па с помощью землесосов или землесоса и загрузочного аппа-
рата транспортируется на гидроотвал. Лоток монтируется на
всю длину фронта работ экскаватора или на длину взорванного
блока. Вода в лоток может подаваться из водовода, проложен-
ного от землесосной станции вдоль лотка, или из водовода,
проложенного на дневной поверхности вдоль борта карьера.
7.6. Технология гидровскрышныхработ
с раскройкой карьерного поля на карты
На основании проведенного исследования автором предла-
гается к рассмотрению новая технология отработки месторож-
дения (карьерного поля) с разбивкой карьерного поля на от-
дельные карты разработки, которые можно рассматривать как
«выемочные единицы». Число карт разработки в пределах
карьерного поля может достигать нескольких единиц в зависи-
мости от размеров карьерного поля в плане и карт разработки,
а также производственной мощности предприятия. Карты мо-
гут отрабатываться последовательно или параллельно при раз-
личном, в случае необходимости, направлении развития фрон-
270
та горных работ. Размеры карт разработки в плане рассматри-
ваются во взаимосвязи с режимом работы предприятия, рацио-
нального использования средств гидрооборудования, мощностью
разрабатываемой вскрышной толщи, а также .с установленной
производительностью предприятия по полезному ископаемому.
Разработку месторождения желательно начинать с карт с наи-
более благоприятными горно-геологическими условиями. В каче-
стве экономического критерия очередности отработки карт мо-
жет служить коэффициент вскрыши.
Исходя из рабочих параметров (ширина заходки, шаг пере-
движки гидромониторов и забойных грунтовых насосов и т. д.)
серийно выпускаемых и перспективных средств гидромехани-
зации и группы разрабатываемой породы, можно проследить,
как изменяются размеры карт в плане.
Размеры карт в плане в зависимости от типа применяемого
оборудования, мощности разрабатываемой вскрышной толщи и
группы разрабатываемого грунта могут быть 300 х 300, 400 х 400,
500x500, 600x600, 700x700, 800x800, 900x900, ЮООх 1000 м.
Число гидромониторно-землесосных комплексов, необхо-
димых для отработки полного объема вскрышной породы од-
ной карты за один сезон, определяется из минимально допус-
тимой ширины заходки гидроустановки, объема пород в пре-
делах карты, типа грунтового насоса и группы разрабатывае-
мого грунта.
После окончания работ на вскрыше эксплуатируемой кар-
ты гидроустановки демонтируются и перемещаются на очеред-
ную карту, где производятся горно-строительные работы по
созданию котлована, для размещения и монтажа средств гид-
ромеханизации. Эти виды работ выполняются штатом рабочих
гидроучастка в оставшийся период года. В этот период года
производятся также необходимые работы по ремонту гидро-
оборудования и поворачивание труб.
Добычные работы рекомендуется производить с использо-
ванием экскаваторов цикличного (типа ЭКГ, ЭГ) или непрерыв-
ного (типа ЭРГ) действия в комплексе с автомобильным или
конвейерным транспортом и пунктом перегрузки, в случае не-
обходимости — с использованием другого вида транспорта
(например, железнодорожного),
Так, например, запасы карт размером 400 х 400 м при изме-
нении мощности полезного ископаемого от 9,1 до 16 м изменя-
271
ются в пределах 1800—3200 тыс. м (для условий Чулымского
участка разреза Назаровский). При использовании на добыче
экскаваторов марки ЭКГ-8И, с погрузкой в автомобильный
транспорт, необходимо иметь 1—2 экскаватора. Только в этом
случае можно будет замывать выработанное пространство кар-
ты с началом сезона гидромеханизации. В противном случае
это можно будет осуществлять после начала сезона гидромеха-
низации, т. е. с некоторым опозданием.
Число одновременно разрабатываемых карт для каждого
конкретного случая п будет зависеть от годовой производст-
венной мощности предприятия QK, т, размера карт по дну а х Ь,
м, и средней мощности полезного ископаемого /и, м, в пределах
карт:
Учитывая, что каждая карта карьерного поля может иметь раз-
ное значение т, суммарная производительность QKy т/год, необ-
ходимого числа карт определится из равенства:
&=&>+& +-+Й» =abmty + abm2y + ... + abm,y = ab^jnl (7.37)
Ml
или , (7.38)
/»1
где а и b — соответственно длина и ширина карты понизу.
Отработку карты во времени и пространстве можно пред-
ставить пятью этапами (рис. 7.39),
Последовательность отработки карт необходимо устанав-
ливать таким образом, чтобы можно было устраивать гидро-
отвалы в выработанных пространствах отработанных карт с
намывом их до необходимого уровня и без сооружения дорого-
стоящих и ответственных гидротехнических сооружений (дамб
первичного и последующего обвалования).
Объем вскрышных работ первоначальной карты, вероятно,
необходимо выполнять экскаваторным способом с размещени-
ем вскрыши на временном внешнем отвале с последующей ее
гидроукладкой в резервах выработанных пространств отрабо-
танных карт. В некоторых случаях, например в условиях разре-
за Назаровский, где имеются выработанные пространства, от-
272
работка первоначальной карты может происходить с исполь-
зованием средств гидромеханизации.
Так как вскрытые и готовые к выемке запасы полезного ис-
копаемого отдельных карт могут отрабатываться за срок более
чем один сезон, то для внедрения предлагаемой технологии ги-
дромеханизации с внутренним гидроотвалообразованием необ-
ходимо иметь резерв выработанных пространств в пределах рас-
сматриваемого карьерного поля или в других местах вне дан-
ного контура карьера. Если таких резервов может и не быть, то
запасы карт должны быть отработаны строго за время демон-
тажных и ремонтных работ средств гидромеханизации.
Этап I. Проведение горно-строительных работ
с целью создания фронта работ на гидровскрыше
Этот вид работ может выполняться экскаватором-драглай-
ном или бульдозером с размещением вскрышной породы на бор-
ту устраиваемой выработки. В дальнейшем эта порода будет
смыта совместно с породой, разрабатываемой в массиве уступа.
Вскрытие поля карты относительно ее контура может осущест-
вляться траншеей как внутреннего, так и внешнего заложения.
Уклон траншеи в случае использования на добычных работах
автомобильного транспорта может быть i = 0,08 * 0,1.
Этап II. Создание вскрытых и готовых
к выемке запасов полезного ископаемого
Объемы готовых к выемке запасов полезного ископаемого
будут зависеть от размеров карты в плане и мощности полезно-
го ископаемого. Необходимо отметить, что добычные работы
могут осуществляться как последовательно, так и параллельно
с гидровскрышными работами. Параллельное ведение добыч-
ных работ (в случае необходимости) возможно только при соз-
дании определенного опережения (не менее чем 50 м) на вскрыш-
ном уступе.
Этап III. Производство добычных работ
Добыча полезного ископаемого может производиться экс-
каваторами-мехлопатами, драглайнами и роторными. При этом
возможно наличие разгрузочных устройств на поверхности или
у потребителя. Согласно технологической классификации ком-
плексов оборудования В.В. Ржевского на добычных работах
возможно применение комплексов ВКР, ЭКР, ЭАР.
273
ЦЗ h
ini
Рис. 7.39. Этапы отработки карьерного поля (Z— И) с раскройкой его на карты
Этап IV. Организация намыва гидроотвала
в выработанном пространстве
С учетом сезонности режима работы гидроразмыва годо-
вой объем гидровскрышных работ будет зависеть от мощности
вскрышной толщи и размеров карты разработки в плане.
Особенностью гидроотвала, расположенного в выработан-
ном пространстве карты, является отсутствие дамб первичного
и последующего обвалования. В этом случае исключается необ-
ходимость устройства дамб обвалования и имеется возможность
275
намыва грунтов любого грансостава и обеспечения безопасно-
сти при производстве горных работ. Возможно, что в некото-
рых случаях возникнет необходимость устройства гидроотвала с
конечной отметкой намыва выше отметки дневной поверхно-
сти карты. Тогда в этом случае, после полного намыва вырабо-
танного пространства карты, потребуется возведение дамб об-
валования гидроотвала. По степени ответственности гидроот-
вал, с учетом места его расположения, относится к III классу.
Рассматриваемый гидроотвал намывается, как правило, по
одноярусной схеме. Намыв гидроотвала может производиться с
одной, двух, трех и четырех сторон сразу на полную высоту пу-
тем перемещения трубопроводов от бортов карты в сторону пру-
да-отстойника. Число сторон намыва гидроотвала будет зави-
сеть от размеров карт разработки в плане и расхода гидросмеси.
Способ укладки грунта в гидроотвал следует принимать без-
эстакадный. Он характеризуется простотой применения. Гид-
росмесь при этом способе подается в гидроотвал с помощью
раструбных труб, укладываемых вдоль фронта намыва. Жела-
тельно организацию намыва производить таким образом, что-
бы пруд-отстойник оттеснялся в сторону вскрывающей тран-
шеи. Это обеспечит облегчение организации полной откачки
воды из замытой карты. Подача воды из пруда-отстойника в
забой к гидромониторам осуществляется плавучими насосны-
ми станциями. В этом случае водоосветление будет иметь осо-
бое значение для расчета и организации водоснабжения.
С учетом создания вынужденных стесненных условий для
осветления воды предъявляются особые требования к регули-
рованию параметров пруда-отстойника.
Для обеспечения нормальной работы на карте разработки
объем воды в пруде-отстойнике должен обеспечить ее опреде-
ленный запас. Обычно при проектировании гидроотвалов при-
нимают 8—15-дневный запас воды, что является не совсем обо-
снованным. Из практики известно, что большой запас воды в
пруде-отстойнике приводит к определенным трудностям: уве-
личиваются размеры разжиженного ядра, уменьшаются разме-
ры упорной призмы, повышается опасность возникновения ополз-
ней откосов гидроотвала и т. д. Поэтому необходимо стремить-
ся к минимальному, но достаточному объему пруда-отстойника.
276
На основании проведенных исследований фракционного
состава частиц в воде на Раздольских гидроотвалах выявлено,
что в оборотной воде находятся частицы размером менее 0,05
мм (грунты представлены супесями и суглинками, которые со-
держат: 14—18 % глинистых частиц размером менее 0,005 мм;
55—67 % пылеватых частиц размером 0,05—0,005 мм; 15—30 %
песчаных частиц размером 0,25—0,05 мм). Мутность воды меня-
ется в пределах 0,1—5 г/л. Причем эта мутность имела место при
объеме пруда, меньшем первоначального его объема в 15 раз,
На основании этих наблюдений и данных литературных
источников делается вывод, что допустимая мутность воды при
оборотном водоснабжении должна быть не более 5 г/л. Такую
мутность воды можно обеспечить при 2—3-дневном запасе во-
ды в пруде-отстойнике, а не при 15-дневном, как это часто при-
нимается в проекте.
Необходимо иметь в виду, что разрабатываемые и замыва-
емые карты должны быть отделены друг от друга целиком (еще
не разрабатываемыми картами или уже замытыми картами). В
противном случае надо будет оставлять целики, что приведет к
потере определенного количества полезного ископаемого.
Этап V. Окончание намыва гидроотвала
в выработанном пространстве карты
После окончания замыва выработанного пространства кар-
ты вода из пруда-отстойника откачивается плавучей насосной
станцией в выработанное пространство очередной карты. При
полном замыве выработанного пространства создаются стеснен-
ные условия для осаждения частиц (глинистых) с минимальной
гидравлической крупностью. В этих случаях с точки зрения эко-
номичной работы рабочих органов насосов и водоводов же-
лательно применять принудительное осаждение взвешенных ча-
стиц. На наш взгляд, одним из наиболее эффективных из извест-
ных способов осветления оборотной воды является электрофо-
рез, сущность которого описана в работе [83]. После окончания
замыва выработанного пространства карты ее поверхность прак-
тически подготовлена к рекультивационным работам.
Календарный график производства горных работ на картах
приведен в табл. 7.13 (применительно к Кузбассу и Красноярско-
му краю). Пример разбивки карьерного поля на карты показан на
рис. 7.40 для условий Чулымского участка Назаровского разреза.
277
co
Календарный график производства горных работ на карте (гидроучастке)
Таблица 7.13
Наименование работ Единица измере- ния Значение возможное Средства меха- низации Год
I квартал П квартал Ш квартал IV квартал
I II ш IV V VI VII VIII IX X XI XII
1. Подготовительные и горно-строительные работы
Отвод ручьев, вы- тыс. м3 12—600 Экскаватор,
рубка леса и кор- бульдозер 1.1 5.IV I.XI 31.ХП
чевание пней — " «“ — — > — —— -
Удаление и скла- дирование поч- » — — — -
венного слоя
Создание въезд- ной траншеи и ко- тлована с зумпфом » 25—250 То же — - — — — ‘ — —
Монтаж гидромо- ед. 1—5 Автокран, _1.Ш_ _5_IV
ниторно-грунто- вой установки бульдозер
То же, насосной станции для по- дачи воды в за- бой » 1—5 То же — — _ .
То же, мапасграль- м 200—1000 Трубоукладчик,
ного пульпопро- трубовоз, — — .
вода бульдозер
Перекладка ма- гистрального пульпопровода » 100—1000 То же - — — — - — — — — — •
Монтаж разво- м 400—2000 »
дящего пульпо- — «
провода на кар- - — — —- -
те намыва гид-
роотвала
То же, магистраль- » 200—1000 » . —— — *
ного водовода
Перекладка ма- » 200—1000 »
гастрального во- —— — —« . — — 4
довода
Монтаж и пере- » По месту »
кладка водовода — _ — — . — _ —
подпитки (откач-
ки)
Монтаж забой- » 150—300 »
ного водовода —• 1 ““
И. Эксплуатационные горные работы
Разработка вскры- тыс. м3 400—75000 Центробеж-
шной породы га- ные грунтовые
дромониторно- насосы типа
грунтовой уста- Гр, ГрТ, ГрУ
новкой и уклад- 15.IV 31.Х
ка грунта в вы-
работанное про-
странство карты
(гидроотвал)
Водоснабжение маш.-ч 3500 Центробеж-
(подача воды в ные насосы
забой) гидроус- типа Д и ЦН
тановок
оо Окончание табл. 7.13
Наименование работ Единица измере- ния Значение возможное Средства меха- низации Год
I квартал II квартал III квартал IV квартал
I II Ш IV V VI VII VIII IX X XI XII
Заполнение вы- работанного про- странства карты водой перед на- мывом Подача воды под- питки в течение сезона работы (в случае необходи- мости) маш.-ч маш.-ч 40—1000 (без учета грунтовых вод) По необ- ходимости Центробеж- ные насосы типа Д и ЦН То же 15.IV 30JV —
Геологический разрез ро линии !ц-Ш
Рис. 7.40. Пример раскройки участка Чулымский Назаровского разреза на карты 400 х 400 м
7.7. Система водоснабжения гидроустановок
7.7.1. Схемы водоснабжения насосных станций
В гидромеханизации применяются центробежные насосы
(табл. 7.14, 7.15). Насосы представляют собой гидравлические
машины, предназначенные для перекачивания жидкостей. Пре-
образуя механическую энергию приводного двигателя в меха-
ническую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают
жидкость на определенную высоту, перемещают ее на необхо-
димое расстояние в горизонтальной плоскости или заставля-
ют циркулировать в какой-либо замкнутой системе. Вода вса-
сывается насосом и перекачивается по напорному трубопро-
воду за счет преобразования энергии двигателя в энергию жид-
кости. Энергия жидкости после насоса всегда больше чем перед
насосом.
Основными параметрами насосов, определяющими диапа-
зон изменения режимов работы насосной станции, состав ее
оборудования и конструктивные особенности, являются напор
Я, подача Q, мощность N и коэффициент полезного действия ц.
Таблица 7.14
Техническая характеристика насосов
Тип насоса Подача, Напор, Диаметр Электродвигатель Габариты, Масса,
м3/ч м рабочего колеса, мм частота вращения, об/мин мощность, кВт мм кг
Д500-65 500 65 465 1450 1450 160 132 1160х х 970x822 616
(ЮД-6) 500 65 465 1500 125
Д500-36 (8НДв-60) 500 38 525 1000 55 1160х х 1258x870 728
Д630-90 630 600 90 82 525 500 1450 1450 1500 250 250 132
Д800-57 800 57 432 1450 1500 200 200 1197 х х 1185x1105 813
Д1250-125 (12НДС-60) 1250 1150 1000 125 106 44 625 575 400 1450 1450 1450 630 630 320 1438 х х1240x1105 1784
282
Продолжение табл. 7:14
Тип насоса Подача, м3/ч Напор, м Диаметр рабочего колеса, мм Электродвигатель Габариты, мм Масса, I кг
частота вращения, об/мин мощность, кВт
Д1000-40 1000 40 540 980 132 1438 х 1514
950 36 510 980 160 х1345х1075
(14НДс) 850 33 480 980 160
Д1600-90 1600 90 540 1450 — 1438 х 1432
1500 80 510 1450 х1345х1075
(14НДс) 1400 70 480 1450
Д2000-100 2000 100 855 985 800 2051 х 2480
2300 89 1000 800 х1550х1415
(20Д-6) 1450 107 985 630
1350 93 985
Д2500-45 2500 45 740 750 400 2320 х 4152
(20НДс) 735 400 х2300х1596
2700 39 735 100
Д2500-62 2500 62 —— 985 500 2130 х 2200
(18НДс) 2700 58 985 500 х2080х1435
2000 34 — 250
Д3200-33 3200 33 550 985 320 2262 х 2934
3000 23 985 315 х!760х1500
(20НДн)
Д3200-75 3200 75 755 985 800 2450 х 4150
(22НДс) 3420 71 755 1000 800 х222х1755
2500 45 750 750 400
Д3200-75 3200 75 755 985 800 2320 х 4152
3420 71 755 1000 800 х2310х1596
(20 НДс) 2500 45 750 750 400
Д4000-95 4000 95 825 1000 1250 2450 х 4960
(22НДс) 4700 90 825 1000 1600 *2260x1755
Д5000-50 5000 50 990 600 1000 2841 х 8698
(24НДС) 5200 51 600 1000 *2385x2114
Д5000-32 5000 32 700 740 630 2356 х 5000
5000 26 665 740 500 х2150x1895
(24НДн) 4700 20 615 740 315
4700 20 615 740 320
Д6300-27 6300 27 740 750 630 2356 х 5000
(32Д-19) 4000 22 740 590 320 *2150x1895
Д6300-80 6300 80 900 750 2000 2841 х 8766
(24НДс) 5000 50 990 600 160 х2385х2114
ЦН400-105 400 105 1480 200 2952 х —
(ЗВ-200 х 2) х!155x1170
283
Окончание табл. 7.14
Тип насоса Подача, м3/ч Напор, м Диаметр рабочего колеса, мм Электрода игатель Габариты, мм Масса, кг
частота вращения, об/мин мощность, кВт
ЦН 400-210 400 210 1480 400 3527 х х1435х!475 2380 11 000
ЦН900-310 900 310 1480 1250
ЦН 1000-180 (ЮНМКх 2) 1000 180 1500 630 3656 х х!515х1590 15 200
ЦНЗООО-197 3000 197 1000 2500
Д12500-24 (48Д-22) 12 500 24 485 1000 3300 х хЗ 100x3150
Во избежание кавитации насос необходимо располагать как
можно ниже, всасывающий трубопровод делать прямолиней-
ным из труб большого диаметра, не допускать работу насоса
на предельной высоте всасывания. Для устранения кавитации
при пуске насоса следует снижать подачу частичным закрытием
задвижки на напорном трубопроводе.
Если в производственных условиях необходимо расширить
область использования одного и того же насоса, то это можно
сделать изменением частоты вращения или срезкой рабочего ко-
леса по внешнему диаметру.
Пересчет расхода, напора и мощности при изменении час-
тоты вращения производят по формулам:
22=2,^-; (7-39)
(7.40)
(7.41)
284
где Q2 и Q\ — расход соответственно при т и п\, м3/с; Hi и Н\
— напор соответственно при т и п\, м; Ni и М — потребляемая
мощность при т и гц, кВт; п\ игц — частота вращения, об/мин.
Пересчет расхода, напора и мощности в зависимости от
изменения диаметра рабочего колеса:
(7.42)
ГР/
н =Н -2-
2 1 л
(7.43)
(7.44)
где D] и Di — диаметр рабочего колеса первоначальный и из-
мененный, м.
Уменьшение наружного диаметра допускается не более чем
на 20 % первоначального диаметра, так как большее уменьше-
ние диаметра приводит к снижению КПД.
Лопастные насосы сравнивают по коэффициенту быстроход-
ности:
п =3,65 п-Jq/H 3/4
(7.45)
где п — частота вращения, об/мин; Q — расход, м3/с; Н — на-
пор при максимальном значении КПД, м.
Рекомендуемая область применения насоса по подаче и на-
пору, получаемая изменением частоты вращения или обточкой ра-
бочего колеса по внешнему диаметру, приведена на рис. 7.41.
В качестве вспомогательных насосов (пожарных, для за-
ливки основных насосов перед пуском) применяются консоль-
ные насосы типа К (табл. 7.15).
Для гидромеханизации горных работ используются поверх-
ностные и подземные воды. При выборе источника водоснаб-
жения в первую очередь ориентируются на подземные воды ме-
сторождения полезного ископаемого.
285
Рис. 7.41. Характеристики насосов
Таблица 7.15
Технические характеристики насосов консольного типа К (ГОСТ 8337—57)
Насос Показатели
Подача, м3/ч Давление, МПа КПД, % Мощность двигателя, кВт Частота вращения, с-1 Масса, кг
1,5-8/19(1,5К-6) 8,6 0,19 0,53 1,7 48,3 50
2К-20/30(2К-6) 20,6 0,30 0,62 4,5 48,3 78
2К-20/18(2К-9) 20,0 0,18 0,65 2,8 48,3 58
ЗК-45/55(ЗК-6) 45,0 0,55 0,63 14,0 48,3 99
ЗК-45/ЗО(ЗК-9) 45,0 0,30 0,69 7,0 48,3 129
4К-90/85(4К-6) 90,0 0,85 0,65 55,0 48,3 496
4К-90/55(4К-8) 90,0 0,55 0,73 28,0 48,3 347
6К-160/20(6К-12) 160,0 0,20 0,81 14,0 24,2 330
8К-290/17(8К-12) 290,0 0,17 0,83 20,0 24,2 545
При отсутствии или невозможности использования таких
источников как вследствие неудовлетворительного качества или
недостаточного количества, так и по технико-экономическим
соображениям водоснабжение осуществляется из поверхност-
ных источников (речек, озер, дождевых и паводковых стоков,
которые аккумулируются в водохранилищах и прудах и т. п.)
или из артезианских скважин. В первом приближении считают,
что источник удовлетворяет потребности гидроустановки в во-
де, если его годовой дебит (м3) не менее годовой производи-
тельности гидроустановки (м3 горной массы).
На карьерах для гидромеханизации используются главным
образом поверхностные источники и дренажные воды разраба-
тываемых месторождений.
Существуют три способа подачи воды из водоисточника:
самотечный, напорный, комбинированный — сочетание само-
течного и напорного.
Самотечный способ подачи воды возможен лишь при бла-
гоприятных топографических условиях, позволяющих подвести
воду с необходимым напором к месту работы. Для обеспечения
потребного напора гидроустановки необходимо иметь превы-
287
a
Рис. 7.42. Схемы водоснабжения:
а — прямоточное напорное; б — оборотное с возвратом осветленной воды в водоис-
точник; в — оборотное с расположением плавучей насосной станции в гидроотвале; г —
оборотное с устройством водохранилища; J — карьер; 2 — гидроотвал; 3 — водосбор-
ный колодец; 4 — водосборная канава; 5 — насосная станция; 6 — пульпопровод; 7 —
водовод; 8— водохранилище; 9 — насосная станция подпитки; 10— река
эиненнохо 'ZV'L ’’и<1
9
шение отметки водозабора в водоисточнике над рабочей пло-
щадкой карьера, определяемое по формуле
Я=Я+2Л, (7.46)
CM v '
где Ям — рабочий напор у гидромонитора, м; Z h — сумма по-
терь напора (в водоводах, гидромониторах и др.), м.
Напорный способ подачи воды осуществляется с помощью на-
сосов. Необходимый напор, который должны развивать насосы
для обеспечения рабочего напора гидромониторов, определяется
по формуле
(7.47)
где Яг— геодезическая разность отметок горизонта воды в во-
доисточнике и рабочей площадки карьера, м; Ям — рабочий
напор, м.
Комбинированный способ водоподачи применяется в том слу-
чае, если самотечный способ не обеспечивает необходимых на-
поров и требуется установка насосов.
Подача воды к гидромониторам в количестве и с напором,
обеспечивающими эффективную разработку горной массы, осу-
ществляется системой сооружений и устройств водоснабжения,
входящей в общий комплекс гидромеханизации.
В зависимости от дебита водоисточника и конкретных ус-
ловий гидромеханизации горных работ различают две принци-
пиальные схемы водоснабжения — прямоточную и циркуляци-
онную (круговоротную). При прямоточном водоснабжении име-
ет место однократное использование воды, после чего она сбра-
сывается из системы, а вместо нее забирается свежая вода из ис-
точника. При циркуляционном водоснабжении вода использу-
ется многократно, а свежая вода из источника подается только
для восполнения потерь в системе (рис. 7.42).
При прямоточном водоснабжении дебит водоисточника дол-
жен быть больше или равен общему потреблению воды гидро-
установкой. При кругооборотном водоснабжении дебит водо-
источника должен быть больше или равен безвозвратному во-
допотреблению, которое равно потерям воды в системе.
В общем виде каждая система водоснабжения включает в
свой состав сооружения и устройства по забору воды из источ-
ника, устройства для транспортирования и создания напора во-
ды, сооружения по обезвоживанию гидросмеси и очистке воды.
290
Когда дебит водоисточника меньше общего водопотребле-
ния установок, обеспечение водой агрегатов гидромеханизации
возможно только по циркуляционной схеме. Кроме того, часты
случаи, когда циркуляционное водоснабжение технически бо-
лее целесообразно даже при наличии водоисточников с деби-
том, достаточным для прямоточного водоснабжения.
Прямоточное водоснабжение возможно при условии обес-
печения соотношения
Q*qV^qni (7.48)
где Q — расход воды водоисточника, м3 / ч; q — удельный рас-
ход воды на 1 м3 грунта, м3; Иу — производительность ус-
тановки по породе, м3/ч; S qn — сумма потерь воды в забое, м3/ч.
Сумма потерь воды в забое складывается из потерь на ис-
парение и фильтрацию и потерь воды, остающейся в порах на-
мытого грунта.
При отсутствии источников воды с необходимым дебитом
организуется оборотное водоснабжение. Для восполнения по-
терь воды в системе при этом виде водоснабжения необходимо
иметь водоисточник для «подпитки» с расходом воды
Qn^qa. (7.49)
Потери воды в системе при работе на кругообороте скла-
дываются из потерь: в забое, в карьерах, на отвалах, при испа-
рении в водоемах и при фильтрации в водохранилище. Потери
воды в забое состоят из потерь на фильтрацию через подошву
забоя и на унос воды ветром. Поскольку фильтрационные по-
тери при наличии грунтовых вод незначительны, ими в расче-
тах можно пренебречь.
Потери воды на отвалах происходят вследствие насыщения
пор грунта водой, фильтрации через ложе и дамбы отвалов, ис-
парения с водной поверхности отвалов и отстойников. Потери
воды, м3, в порах грунта определяются по формуле
(7.50)
где V — объем породы в естественном состоянии (в целике),
поступающей в отвал за 1 ч, м3; т — пористость породы, доли
ед.; о — естественная влажность породы, доли ед.
291
Потери воды на испарение за вычетом количества выпа-
дающих осадков можно определить по формуле
Е = Л,<(15 + Зув), (7.51)
где Е — слой испарения за месяц, мм; da — среднемесячный де-
фицит влажности, мм; vB — средняя скорость ветра за месяц на
высоте 10 м, м/с (значения ck и vB принимаются по данным ме-
теорологических станций); R3 — коэффициент, зависящий от
дефицита влажности, принимается по табл. 7.16.
Ориентировочно можно принять следующие потери воды в
пруде-отстойнике за счет фильтрации (слой воды в год, м).
Потери воды........ 0,5 0,5—1,0 , 1—2
Характеристика
условий.............В ложе пруда по- Средние условия В ложе пруда
роды водонепро- породы цодо-
ницаемые проницаемые
Для предварительных расчетов суммарные потери воды,
м3/ч, можно определить по формуле
Q = 0,01 Ку q Р, (7.52)
где Иу — производительность установки по грунту, м3 / ч; q —
удельный расход воды на разработку грунта, м3/м3; Р — потери
воды (для связных грунтов Р = 15 4- 20 %, для несвязных — Р =
= 10%).
На основании практических данных установлено, что об-
щие потери воды, которые необходимо учитывать при опреде-
лении объема водоисточника, составляют не более 15—20 % от
потребного расхода воды для гидроустановки.
Таблица 7.16
Значения коэффициента Лв в зависимости от дефицита влажности dB
t/в, мм Кв t/в, мм /?п t/в, мм Дп
15,0 0,52 4 0,76 1,0 1,09
10,0 0,57 3 0,84 0,5 1,2
8,0 0,6 2 0,95 0,3 1,25
6,0 0,65 1,5 1,0 0,2 1,3
5,0 0,7 1,2 1,04 0,1 1,4
292
Одним из радикальных способов использования водоис-
точников с небольшим бытовым расходом является устройство
водохранилищ. Местом для устройства водохранилищ могут
быть малые несудоходные реки, ручьи, балки, овраги, староре-
чье и др.
Расчет объема водохранилища. Естественный приток воды
We к водохранилищу
W6=MCF, (7.53)
где Мс — средний многолетний модуль стока с 1 км2, л/с; F —
площадь водосбора, км2.
Величина Мс может быть определена по карте изолиний, по
данным гидрометрических наблюдений за водоисточником или
по данным аналогичных бассейнов, по эмпирическим формулам.
Потребный объем воды, м3, для работы гидроустановок
(7.54)
где — производительность карьера по породе, м3; q — удель-
ный расход воды, м3/м3.
Мертвый объем водохранилища
Ч=^г+^м- (7-55)
Водный баланс, м3, должен удовлетворять условию
(7.56)
где JVn0T — потери воды на фильтрацию и испарение, м3.
Потери воды на фильтрацию, м3/с, через тело плотины (дам-
бы) определяются по формуле
где Х’ф — коэффициент фильтрации грунта, м/с; L —длина пло-
тины (дамбы), м; Н — средняя глубина воды у плотины
(дамбы), м; /( —длина фильтрационного пути, м.
293
Z, = b0~ 0,5 m H,
(7.58)
где ba — ширина основания плотины (дамбы), м; т — заложе
ние откоса плотины (дамбы).
При отсутствии опытных данных может быть принят еле
дующий коэффициент фильтрации.
Глина ............... Ю"9— 10“15
Суглинок ............ 10~7— 10"10
То же пылеватый...... 10"8— 10~10
То же лёссовидный.... 10~8— 10“10
Супесь............... Ю~6— 10"8
Песок мелкий......... 10“5— 10-6
Песок средний ....... 10"4—10~5
То же крупный........ 10~3 — 10~4
Грунты торфянистые... 10"6 — 10-7
То же иловые......... 10~5 — 10'8
Гравий.............. 10-3 — 10"4
Галька ............. 1,0 — 10~3
Для образования водохранилищ создают насыпные (укатан-
ные) и намывные земляные плотины (дамбы). Плотины могут
сооружаться из однородного и разнородного материала, с эк-
раном и с ядром.
При возведении плотин и дамб рекомендуется пользоваться
СНиП «Плотины земляные насыпные. Нормы проектирова-
ния», «Плотины земляные намывные. Нормы проектирования».
Конструкция плотины выбирается в зависимости от грун-
тов и способа возведения плотины. Высота плотины определя-
ется потребным объемом водохранилища и характеристиками
водостока. Заложение откосов устанавливается в зависимости
от грунтов и высоты плотины. Откосы проверяются расчетом
на устойчивость. Откосы плотин и дамб для предохранения от
воздействия волн, льда, колебаний горизонта воды, атмосфер-
ных осадков укрепляют. В качестве покрытий верховых отко-
сов служат плетневое крепление и каменная мостовая, низовых
откосов — дерн или засев травами.
Для сопряжения тела плотины с основанием и предотвра-
щения фильтрации в ее основании выполняется противофильт-
рационное устройство в виде траншеи, замка или зуба, запол-
няемое водонепроницаемым материалом — суглинком, глиной.
Для отвода фильтрационной воды из тела плотины в основа-
нии низового откоса сооружается дренаж.
Насосные станции при гидромониторных работах делятся
на основные, предназначенные для подачи воды в гидромони-
тор с напором и в количестве, обеспечивающем эффективную
разработку, и насосные станции подпитки, входящие в ком-
плекс водопровода подпитки, предназначаемый для восполне-
294
ния потерь воды в системе. Основные или напорные насосные
станции в зависимости от местных условий водоснабжения мо-
гут быть первого подъема, обычно совмещаемые с водозабо-
ром, и последующих (2-го, 3-го и т. д.) подъемов, не имеющие
водозабора. Насосные станции подпитки обычно забирают во-
ду из источника и подают ее в гидроотвал.
Совместная работа насосов на общий трубопровод может
быть параллельной и последовательной. Центробежные насосы
могут работать параллельно только при условии, что все они
имеют одинаковый напор. Если один из насосов имеет боль-
шую подачу и более высокий напор, то насос, имеющий мень-
шие подачу и напор, будет «задавлен» первым насосом и его по-
дача на общий трубопровод будет равна нулю. Кроме того, мо-
жет случиться, что частично вода от большего насоса будет по-
ступать обратным током через меньший насос в резервуар. По-
этому для параллельной работы следует подбирать насосы од-
нотипные, в крайнем случае с незначительно отличающимися
напорами и подачами.
Различные схемы параллельной работы насосов применя-
ются весьма часто для водоснабжения установок, где целесооб-
разно подачу от нескольких насосов или станций объединять в
общий коллектор.
Последовательную работу насосов, при которой один насос
(первая ступень) подает жидкость во всасывающий трубопро-
вод другого насоса (вторая ступень), применяют для получения
при почти неизменной подаче увеличения напора в системе;
общий напор почти равен сумме напоров отдельных насосов.
Насосы должны быть однотипными или иметь близкие по по-
даче характеристики. Можно использовать насосы с разным на-
пором. Последовательное соединение насосов применяют для по-
вышения напора воды при разработке тяжелых грунтов гидро-
мониторами, большой длине трубопроводов, в качестве пере-
качивающих станций и т. д.
Следует отметить, что последовательное соединение насосов
обычно экономически менее выгодно, чем применение одного
насоса с требуемым напором.
При последовательной работе насосов необходимо обра-
щать особое внимание на их выбор, так как не все насосы могут
295
быть использованы для последовательной работы по условиям
прочности корпуса. Эти условия оговариваются в техническом
паспорте насоса. Обычно последовательное соединение насосов
допускается не более чем в две ступени.
Последовательно соединенные насосы можно расположить
в одном машинном зале, значительно сократив эксплуатацион-
ные затраты и капитальные вложения на строительство здания
станции. Но в этом случае необходимо устанавливать арматуру
повышенной прочности и выполнять более массивные крепле-
ния и упоры труб. Поэтому иногда целесообразнее размещать
насосы на определенном расстоянии друг от друга при транс-
портировании воды на большое расстояние.
Насосные станции на карьерах обычно располагают в де-
ревянных зданиях простейшего типа. Сами насосы как на пер-
вом, так и на последующих подъемах монтируются на бетон-
ных, ряжевых или свободных фундаментах. Тип фундамента вы-
бирается в зависимости от срока службы насосной станции и
мощности устанавливаемых насосов.
Тип водозабора определяется условиями водоснабжения.
Наиболее распространенные конструкции водозаборов на от-
крытых разработках показаны на рис. 7.43.
Береговой водозабор в водоподводящем канале (рис. 7.43, б)
нашел более широкое применение на открытых разработках.
Его устраивают при надежном укреплении канала. Глубина во-
дохранилища около водозабора обычно 2—3 м. Входные отвер-
стия водоприемников от горизонта воды не менее 0,7—1,25 м.
На открытых разработках часто применяют плавучие насос-
ные станции. Их применяют при схемах водоснабжения с обо-
ротной водой и устанавливают на гидроотвалах. Они удобны
тем, что работают нормально в условиях больших колебаний
уровня воды источника водоснабжения. Обычно эти станции
монтируют на сборных или цельносварных металлических пон-
тонах (рис. 7.44).
Водозабор осуществляется при помощи всасывающих труб,
которые опускаются на глубину 1,2—1,5 м от уровня воды в
водоеме. При этом расстояние от конца приемной части всасы-
вающей трубы до дна водоема должно быть не менее 0,8—1 м.
Открытая часть всасывающей трубы предохраняется от засоре-
ния при помощи сетки.
296
1 — приемный клапан с сеткой; 2 — всасывающий трубопровод; 3 — на-
сосы; 4 — здание насосной станции
<000
/3
Рис. 7.44. Плавучая насосная станция:
1 — насос центробежный (Д4000-95); 2 — электродвигатель (СДН-2-16-49-6, N - 1250 кВт, напряжение 6000 В, масса 4770 кг); 3 — вег
сывающая линия (диаметр 720 мм, масса 1720 кг); 4 — напорный трубопровод (диаметр 720 мм, масса 3560 кг); 5 — насос вакуумныт
(масса 110кг); б—задвижка (диаметр 720 мм, масса 1460 кг); 7— приключательный пункт (ЯКНО-I Оу, масса 1460 кг); 8—щит управ-
ления (масса 860 кг); 9—лестница (масса 2600 кг); 10—шаровой шарнир (диаметр 720 мм); 11 —труба понтона (диаметр 1420 мм, 3 =
= 10 мм, масса 3888 кг); 12—ручная лебедка (грузоподъемность 3250 кг, масса 230 кг); 13—надстройка (масса 9190 кг)
7500
Рис. 7.44. Продолжение
BOSS.
8500
Рис. 7.44. Окончание
7.7.2. Расчет водоснабжения гидроустановок
Всасывающие трубопроводы. Предназначены для надежно-
го, бесперебойного, с наименьшими потерями энергии подвода
воды к насосам, являются одним из наиболее ответственных
элементов насосной станции.
Основным требованием, предъявляемым к всасывающим тру-
бопроводам центробежных насосов с точки зрения обеспечения
ими надежного и бесперебойного подвода воды, является их
воздухонепроницаемость, так как, по данным многочисленных
опытов и наблюдений, попадание воздуха в межлопастные ка-
налы рабочего колеса насоса весьма отрицательно сказывается
на его характеристиках. Даже небольшое (до 1 % и 1 м3 воды)
наличие нерастворенного воздуха может уменьшить подачу на-
соса на 5—10 %, а при увеличении содержания воздуха до 10—15 %
300
насос теряет всасывающую способность и происходит срыв его
работы.
Во избежание попадания воздуха во всасывающий трубо-
провод через свободную поверхность воды в водоприемном со-
оружении входное отверстие трубопровода заглубляют на 0,5—
1,5 м ниже уровня воды.
Для предотвращения образования во всасывающем трубо-
проводе воздушных мешков трубопровод прокладывают с подъ-
емом в сторону насоса (уклон не менее 0,005), чтобы воздух, вы-
делившийся из воды в зонах с пониженным давлением, мог
свободно двигаться вместе с водой к насосу. По этой же причи-
не при переходе с одного диаметра на другой на горизонталь-
ных участках трубопровода применяют только «косые» пере-
ходы с горизонтальной верхней образующей.
Для уменьшения потерь энергии всасывающий трубопро-
вод должен быть возможно меньшей длины и иметь минималь-
ное число фасонных частей (колен, отводов, тройников и др.).
Диаметры всасывающих труб, фасонных частей и арматуры оп-
ределяют расчетом. Для предварительного выбора можно руко-
водствоваться следующими значениями допустимых скоростей:
при диаметре всасывающих труб до 250 мм — 0,7—1 м/с; 300—
800 мм — 1—1,5 м/с; свыше 800 мм — 1,5—2 м/с.
Для уменьшения местных потерь при входе потока во вса-
сывающую трубу диаметр входного сечения Dm увеличивают
по сравнению с диаметром трубы <7гр. Обычно принимают Dux =
= (1,254-1,5) Jrp. При центральном угле конусности входной час-
ти 8—16° длина ее составляет /к = (3,54-7) (Ах - <&р).
Число всасывающих труб на насосных станциях первого
подъема, совмещенных с водозаборным сооружением, обычно
принимают равным числу установленных насосов. При относи-
тельно большой длине всасывающих линий и при сложных до-
рогостоящих конструкциях водоприемных сооружений, что ха-
рактерно для крупных насосных станций первого подъема, обо-
рудованных большим числом рабочих и резервных агрегатов, до-
пускается меньшее число всасывающих труб, чем число насосов.
Всасывающие трубопроводы как внутри здания насосной
станции, так и вне его обычно выполняют из стальных труб на
сварке с применением фланцевых соединений лишь для присое-
динения к арматуре и насосам.
301
Напорные трубопроводы. Представляют собой гидротехни-
ческие сооружения, которые транспортируют воду, находящую-
ся под давлением (напором), от насосов к установкам. В совре-
менной практике горных работ применяют трубопроводы са-
мых различных диаметров — от 0,1 до 1,2 м, рассчитанные на
напор воды от нескольких метров до сотен метров.
Водоводы, снабжающие гидромониторные установки водой,
подразделяются на магистральные, транспортирующие воду от
насосных станций до контура карьера, участковые, подающие
воду в пределах карьерного поля до рабочего участка, и забой-
ные, подводящие воду от участковых водоводов непосредст-
венно к гидромониторам.
Пульпопроводы разделяются на карьерные, располагаю-
щиеся в пределах карьерного поля, магистральные, подающие
пульпу из карьера за пределами его контура до гидроотвала,
отвальные, передающие пульпу в напорном потоке на гидроот-
валах без ее выпуска на отвал, и намывные, из которых пульпа
непосредственно укладывается на поверхность гидроотвала.
В условиях горных работ напорные трубопроводы монти-
руются из цельнотянутых или сварных стальных труб. Цельно-
тянутые трубы изготовляются с максимальным наружным диа-
метром 426 мм при толщине стенки не менее 6—11 мм, что оп-
ределяется технологией их производства. Сварные трубы изго-
товляются диаметром 90—1000 мм и более и могут иметь мень-
шую, чем цельнотянутые трубы, толщину стенок.
Расчет водопроводной сети гидроустановки осуществляет-
ся с целью подбора насоса с необходимым напором и расходом
воды. Для проведения расчетов необходимы расходы воды,
длина магистрального водовода, его профиль со всеми высот-
ными отметками, необходимый напор у водопотребителя.
При проектировании водоснабжения необходимо опреде-
лить положение и длину разводящих трубопроводов, их диа-
метры на различных участках и общий напор, необходимый
для подачи воды к расходным пунктам. Диаметры водопро-
водных линий должны выбираться по заданным расходам воды
с учетом экономических факторов. Трубопроводы малых диа-
метров дешевле по стоимости и монтажу, но при равном расхо-
де воды потери напора в них больше, чем в трубопроводах
302
большого диаметра. Это ведет к увеличению мощности насос-
ных агрегатов, увеличению их стоимости и эксплуатационных
расходов.
Диаметр водопроводной линии (диаметр трубы), м, от на-
сосной станции к гидроустановке определяется по формуле
I 40
D = —
° Д/ЗбООтгГ ’
(7.59)
или
(7.60)
где QB — расход воды по трубопроводу (подача насоса), м3/ч;
V — гидравлическая оптимальная скорость движения воды в
трубопроводе (V« 1,2+2,2 м/с).
Гидравлические потери, необходимые для расчета водово-
дов, подразделяются на два вида: потери по длине водовода;
местные потери (при входе воды в трубопровод, при изменени-
ях сечения труб, прохождении через фасонные части).
Потери можно определять по формулам Маннинга, Павлов-
ского, Михеева, Скобея, Дарси — Вейсбаха и др.
Потери, м, напора на 1 м длины трубопровода за счет тре-
ния по формуле Дарси—Вейсбаха
i у2
° A2g’
(7.61)
гдеg — ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2); Хо — ко-
эффициент гидравлического сопротивления.
Для ламинарного движения жидкости Хо не зависит от шеро-
ховатости стенок труб и определяется по формуле
Хо - 64/ Re,
(7.62)
где Re — число Рейнольдса (критерий, характеризующий пере-
ход к турбулентному режиму).
303
Считается, что при Re < 2320 течение воды ламинарное, а
при Re > 2320 — турбулентное. Практически ламинарное дви-
жение воды наблюдается только в тонких капиллярах, а в чис-
той воде Re = 2320.
Для ориентировочных расчетов значения 10 можно прини-
мать следующие:
£>, м.................. 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,6
Хо .................... 0,0165 0,016 0,0155 0,0155 0,015 0,0145
Потери, м, по всей длине водовода
ht = hn + hn, (7.63)
где hlx —потери по магистральному водоводу, м,
h.=i0LM, (7.64)
где LM — длина магистрального водовода, м; hl2— потери по
забойному водоводу, м,
hl2 = /оз А > (7.65)
где L3 — длина забойного водовода, м; i03— удельные потери на-
пора в забойном водоводе, м/м [определяются по формуле (7.54)].
Местные потери напора, м, можно принять для приближен-
ных расчетов равными 8—10 % от общих потерь по всей длине
водовода, т. е.
Ам=0,08А/. (7.66)
Необходимая часовая производительность, м3, насосной стан-
ции по воде определяется по формуле
Q = , (7-67)
N п t
д см
где W — годовая производительность карьера по породе, м3;
q — удельный расход воды, м3/ м3; к\ — коэффициент резерва
воды; Мд — число рабочих дней гидромеханизации в году; псм
— число рабочих смен в сутки; t — продолжительность смены, ч.
304
Число и тип насосов определяются в зависимости от необ-
ходимой производительности и напора гидроустановок. Число
рабочих насосов должно подбираться с учетом снижения их
общей производительности при параллельной работе.
Общий необходимый напор, м, на гидроустановке как при
одном, так и при нескольких последовательно соединенных на-
сосов определяется по формуле
Нн. н - Нг. н + Яг. в + ha + hi + Ам + Яг + Аг,
(7.68)
где Яг. н — геодезическая высота подачи воды, м; Яг. в — геоде-
зическая высота всасывания насоса (Яг. в = 1,74-2,2 м); Ап — по-
тери напора во всасывающем трубопроводе (Ав = 1,04-1,5 м); А?
— потери напора по всей длине водовода, м; hM — местные по-
тери напора, м; Я— необходимый напор на насадке гидромо-
нитора, м; Аг — общие потери напора в гидромониторе, м.
Необходимое число подъемов по водоводу
(7.69)
где Ян — напор насоса (насосной станции), м.
Необходимое число насосов по производительности
(7.70)
где QH — производительность (подача) насоса по воде, м3/ч; Кв
— коэффициент использования гидрооборудования по времени.
Общее число насосов с учетом подъемов
М,. и
(7.71)
7.8. Система гидротранспорта пород
7.8.1. Средства гидромеханизации
напорного гидротранспорта
Центробежные лопастные насосы для подачи гидросмеси
Грунтовой насос (землесос) представляет собой центробеж-
ный одноступенчатый насос с рабочим колесом односторонне-
го входа, консольно насаженным на вал.
305
Так как землесосы, в отличие от насосов, предназначены
для транспортирования грунта с водой, то по своей конструк-
ции они несколько отличаются от обычных центробежных во-
дяных насосов. Корпус землесоса и рабочее колесо выполняют-
ся массивными, на корпусе имеется герметически закрываю-
щийся люк для ревизии (осмотра) и удаления застрявших меж-
ду лопастями крупных кусков породы.
Напорный патрубок отливается вместе с корпусом землесоса
и располагается либо снизу, либо сверху корпуса. В гидравличе-
ском отношении (т. е. в смысле влияния на потери или величину
создаваемого напора) расположение напорного патрубка ника-
кой роли не играет; оно учитывается только при монтаже земле-
соса. Так, например, при монтаже землесосов на землесосных
снарядах оказываются более удобными землесосы с напорным
патрубком, направленным вверх. При монтаже землесосов в за-
крытых наземных помещениях, как правило, более удобны зем-
лесосы с напорным патрубком, расположенным внизу.
Рабочее колесо — основной рабочий элемент землесоса, так как
именно лопатки колеса передают жидкости механическую энергию.
Напор, создаваемый землесосом при данной частоте враще-
ния, определяется диаметром рабочего колеса. Если нельзя из-
менять частоту вращения вала двигателя, то для создания раз-
личных напоров используют дополнительные рабочие колеса
разного внешнего диаметра.
В каталогах и справочниках характеристики насосов для пе-
рекачивания гидросмесей приводятся для условий их работы на во-
де независимо от того, для каких гидросмесей они предназначены.
Для гидротранспорта абразивных материалов наибольшее
применение получили грунтовые насосы, заменившие старые
конструкции машин (землесосы). Грунтовые насосы предназна-
чены для перекачивания гравийных, песчано-гравийных, шламо-
вых, золошлаковых и других абразивных гидросмесей. Эти грун-
товые насосы имеют широкие каналы проточной части для про-
пуска больших кусков породы. Поэтому главными конструктив-
ными отличиями грунтовых насосов являются малое число ло-
пастей и большая ширина каналов рабочего колеса и отвода.
В настоящее время применяются землесосы более ранних лет
выпуска (табл. 7.17) типа НЗ, Р, ЗГМ и грунтовые насосы более
поздних лет — типа Гр, ГРТ, ГРК, ГРА, НПБР (табл. 7.18 —7.23).
306
Рис. 7.45. Рабочая характеристи-
ка грунтового насоса Гр4000/71
Насосы типа ГРТ, ГРК,
ГРА в основном исполь-
зуются для транспорти-
рования гидросмеси на
обогатительных фабриках
цветной и черной метал-
ао
-0,4
N.kBt
20001~0,7
1500-0,8
п»%1соо -ад
80 -
40 -?00
- 0L0.
е. ..д______l, __________1,.. д_______
1 000 2000 3000 4000 5000 Q
иДОП м
Илак»"
8
4
О
м’/ч
О
лургии.
Характеристика грунтовых насосов (землесосов) (рис. 7.45)
представляет собой график зависимости развиваемого напора
Q — H, потребляемой мощности Q — N, коэффициента полезного
действия Q — т|, допустимой вакуумметрической высоты всасы-
вания Q — я;а°кп от подачи насоса Q при постоянной частоте вра-
щения п (р — параметр, представляющий собой отношение пол-
ного напора, развиваемого гидроэлеватором за диффузором, к пол-
ному действующему напору перед горловиной гидроэлеватора).
Для расширения области использования одного и того же
насоса, обеспечения требуемой подачи и заданного режима при-
меняют обрезку рабочих колес по внешнему диаметру Di (умень-
шение диаметра Di). При обрезке колес уменьшаются подача и
напор насоса в соответствии со следующими формулами:
(7.72)
где D' — диаметр обрезанного рабочего колеса, м; б'и Я' — соот-
ветственно подача (м3/с) и напор (м) насоса с колесом уменьшен-
ного диаметра.
Показатели степени т и п характеризуются следующими дан-
ными.
Число лопастей на рабочем колесе хк....................... 2 3 4
т......................................................... 1,6 1,7 1,57
п.......................................................... 2,3 2,63 2,46
Рабочим полем насоса называется рекомендуемая область
применения насоса по подаче и напору, получаемая изменени-
ем частоты вращения или обточкой рабочего колеса по внеш-
нему диаметру (рис. 7.46)
307
Рис. 7.46. Рабочие поля грунтовых насосов типа Гр
Таблица 7.17
Техническая характеристика центробежных землесосов
Показатель Единица изме- рения 8НЗ 8НЗУ 10ГРУ-8л 10ГРУ-8т 12Р-7 12ГРУ-8л 12ГРУ-8т
Д-610 Д-620 Д-560 Д-700 Д-620 Д-1000 Д-825 Д-725
Расход по во- де л/с м3/ч 222 800 236 850 200 720 206 740 168 600 444 1600 370 1330 300 1080
Полный напор м 25 28 21,5 39 27,6 58 58 39,2
Допустимая высота всасы- вания м 7 6,8 6,8 8 8 6,8 7,2 7,2
Максималь- ный КПД % 60 60 58 70 68 68 66 64
Частота вра- щения об/мин 730 730 735 730 730 590 730 730
Число лопа- ток 2 3 3 3 3 3 3 3
Наименьшее проходное сечение мм 150 150 150 150 150 200 180 180
Коэффициент быстроход- ности — НО 105 120 85 90 70 80 90
Масса земле- соса т 2,2 2,79 1,88/2,34 4,5 4,01/4,55
Тип электро- двигателя АМ6- 127-8 — АК- 102-8м АК- 112-8 АК- 102-8м ФАМСО- 1512-10 АК-13- 52-8 АК-12- 42-8
Напряжение в 380 380 380 380 6000 6000 6000
Мощность кВт 130 ***** 100 160 100 480 500 250
Диаметр вса- сывающего патрубка мм 250 250 250 300 3( )0
То же напор- ного мм 200 240 200 300 250
Ширина ра- бочего колеса в свету мм 150 152 150 230 180
Диаметр вхо- да к лопаткам мм 240 240 260 330 320
Общая длина землесоса мм 2355 2344 1788 2620 2012
Ширина земле- соса мм 1200 1300 1070—1342 1770 1510
Высота земле- соса мм 1200 1165 1150 1630 1510
Высота до оси вращения мм 560 560 560 820 740
309
Показатель Единица изме- рения ЗГМ-1м ЗГМ-2 ЗГМ-2м ЗГМ-1-350А
Д-700 Д-630 Д-850 Д-850 Д-910 Д-865 Д-865
Расход по во- де л/с м3/ч 416 1500 347 1250 390 1400 527 1900 527 1900 527 1900 500 1800
Полный напор м 37 28,5 43 53 43 61 38
Допустимая высота всасы- вания м 6 6 5 5,7 5,5 4,5 5,5
Максималь- ный КПД % 66 63 74 65 70 69 69
Частота вра- щения об/мин 730 730 590 730 590 730 590
Число лопа- ток 3 3 3 3 3 3 3
Наименьшее проходное сечение мм 200 200 180 190 210 210 210
Коэффициент быстроход- ности ’—-™ НО 130 100 100 90 90 100
Масса земле- соса т 3,82 3,4 3,4 4,01 —
Тип электро- двигателя — СД-12- 52-8А А-12- 42-8 ФАМСО- 158-10 АК-13- 62-8 АК-13- 62-10 АК-13- 62-8 АК-13- 62-10
Напряжение в 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
Мощность кВт 320 250 310 630 500 630 500
Диаметр вса- сывающего патрубка мм 300 300 350 350
То же напор- ного мм 300 300 300 350
Ширина ра- бочего колеса в свету мм 200 200 200 220
Диаметр вхо- да к лопаткам мм 320 320 370 370
Общая длина землесоса мм 2060 2060 2080 2110
Ширина зем- лесоса мм 1325 — 1600 1670
Высота земле- соса мм 1210 1650 1500
Высота до оси вращения мм 560 800 800 695
310
Окончание табл. 7.17
£6ГРУ-8л "ТбГРУ-8? 20Р-11 20Р-11М 500-60
Д-1030 Д-1000 Д-940 Д-1250 Д-1150 Д-1100 Д-1100 Д-1250 Д-1330 Д-1200 Д-2310
595 2140 565 2030 510 1830 1250 4500 1100 4000 1000 3600 860 3100 1055 3800 1555 5600 1320 4750 2500/3190 9000/11500
58 54 45,0 60 50 45 47 62 71 5562 58/88
7,2 7,2 7,2 5 5 5 7 7 4,8 4,8 5
68 66 65 70 69 66 56 59 68 65 78/72
590 590 590 490 490 490 490 490 490 490 240/300
3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4
230 230 230 220 220 220 220 220 350 350 350
80 80 90 95 100 105 95 85 90 105 70
6,65/7,28 — 6,6577,28 9,25 9,25 9,25 10,53 10,53 16,5 26,5
АКН- 14-46- 10 АК-13-62-10 СДН- 16-41- 12 СМ- 1150- 500 СДН- 15-39- 12 сдн- 15-39- 12 сдн- 16-41- 12 СМ-30 00-500 ДАП260/ 99-2Р
6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000 6000
630 500 500 1250 860 750 750 1250 2437 4400
— 400 500 500 500 844
— 350 500 500 600 475 х 970
— 230 280 280 380 420
- """ 400 510 500 630 850
—— 2630 3540 3540 4650 2500
1880 2250 2420 2600 3900
— 1680 2150 2065 2500 3200
— 740 865 865 1000 ——
311
Таблица 7.18
Техническая характеристика центробежных грунтовых насосов типа Гр
Показатель Гр800/40 (1 ОГр-8) ГрТ1250/71 (12ГрТ-8) ГрУ1600/ 50(12Гр- 8) Гр2000/63 (16ГрУТ- 8М) ГрУ4000/71 (20ГрУТ- 8М) Гр8000/71 (26Гр-8)
Подача воды, м3/ч 800 1200 1600 2000 4000 8000
Напор, м 40 71 50 63 71 71
Допустимая вакуумме- трическая вы- сота всасыва- ния, м 6 10 7 7 8 8,5
Диаметр вса- сывающего патрубка, мм 250 300 400 450 500 700
То же направ- ляющего, мм 200 250 350 400 450 680
Размер про- ходного сече- ния, мм 115 120 140 180 230 310
КПД, % 65 67 66 68 70 74
Частота вращения рабочего ко- леса, об/мин 725 965 725 580 485 365
Мощность* электродвига- теля при ра- боте на воде, кВт 170 420 360 650 1300 2400
Масса, т 2,5 5,3 4,65 8 17 28
* Для получения мощности насоса при работе на пульпе надо табличное значение мощности умножить на плотность гидросмеси.
312
Таблица 7.19
Техническая характеристика центробежных грунтовых насосов типа ГРТ
Тип Завод-изго- товитель, фирма Мощность двигателя, кВт Максималь- ный расход (подача) пульпы, м3/ч Максималь- ное давле- ние, МПа Частота вращения рабочего колеса, мин"1 Диаметр рабочего колеса, мм Масса, т Габариты, мм
1ГРТ50/16 Бобруйский машзавод 11 50 0,16 1460 — 0,336 1307x500x 535
1ГРК50/16 То же 15 50 0,16 1445 — 0,320 0,306 1257 х 500 х 535
1ГРТ100/40 » 45 100 0,40 1500 — 0,910 1910x698x700
1ГРТ160/31,5 » 22 160 0,315 1465 — 0,815 1745x685x 700
» 37 160 0,315 1500 — 0,895 1870x685x700
1ГРК160/31,5 » 37 160 0,315 1500 — 0,880 1870x685x700
1ГРТ160/71а » 75 160 0,63 1480 445 ' 1,523 2140x820x860
ГРУ400/20 » 55 400 0,20 985 405 1,350 2320х895х1040
1ГРТ400/40 » 132 400 0,40 980 530 2,507 2710x980x950
» 132 400 0,40 985 530 2,840 3160 х 1005x950
1ГРК400/40 » 132 400 0,40 980 530 2,418 2710x980x950
» 132 400 0,40 985 530 2,765 3160 х 1005x950
1ГРУ800/40 » 200 800 0,40 750 700 1,425 3180х 1180 х 1425
ГРТ800/71 » 400 800 0,71 1000 730 8,305 4350х1435х1880
ГРТ 1250/71 » 630 1250 0,71 1000 710 9,535 4570х 1565х1960
Окончание табл. 7.19
Тип Завод-изго- товитель, фирма Мощность двигателя, кВт Максималь- ный расход (подача) пульпы, м3/ч Максималь- ное давле- ние, МПа Частота вращения рабочего колеса, мин-1 Диаметр рабочего колеса, мм Масса, т Габариты, мм
ГРУ 1600/25 Бобруйский машзавод 250 1600 0,25 750 630 6,420 3705х 1480х 1850
1ГРТ1600/50 То же 500 1600 0,50 750 — 8,835 3600х1560 х 1560
1ГРТ1600/50а » 250 800 0,48 750 — 7,550 3850х 1445
ГРУ2000/63 » 800 2000 0,63 600 1050 6,885 5250х1725
ГРТ4000/71 » 1600 4000 0,71 500 1390 30,335 6350 х 2670
2ГРТ8000/71 Уралги- дромаш 3150 9000 0,71 375 — 60,850 5530 х 3050
ГРТ4000/71а Бобруйский машзавод 1250 3800 0,58 500 1250 27,650 6245 х 2670
НМ360-400 То же 630 360 4,6 — 300 8,27 —
НМ500-300 » 500 500 3,0 — 300 7,5 —
НМ 1250-260 » 1250 1250 2,6 — 440 10,34 —
НМ2500-230 » 2000 2500 2,3 — 430 13,02 —
НМ3600-230 » 2500 3600 2,3 — 450 15,62 —
НМ5000-210 » 3200 5000 2,1 — 450 17,9 —
НМ7000-210 » 5000 7000 2,1 — 475 22,32 —
НМ 10000-210 10У-4 » Ясногор- ский маш- завод 6300 320 10 000 250 2,1 1,2 1485 495 620 29,4 4,11 1 1
10У-5 То же 630 600 1,75 1485 650 7,245 —
12У-10 » 320 600—900 0,85 1485 510 4,124 —
12УВ-6 » 1500 900 3,2 1485 700 6,050 —
12УВ-6а » 1200 800 2,8 1485 660 — —
12УВ-66 » 1000 700 2,5 1485 620 — —
14У-7 » 1200 1400 1,75 1485 715 11,93 —
«Сигма-900-2» «Сигма» (быв. Чехо- словакия) 1170 13 500 0,21 — — 60,0 4690 х 4992 х3820
«Уорман» «Уорман» (Велико- британия) — — — 1500 — — —
НР-420 «Гумбольдт» (Германия) 550 289 2,17 1400 — — —
Таблица 7.20
Характеристика центробежных грунтовых насосов типа ГРК
Тип Электродвигатель Расход воды на гидроуп- лотнение, м3/ч
Тип Мощность, кВт
1ГРК50/16 4А132-4 7,5 3
1ГРТ50/16 4А132М-4 11 3
1 ГРТ 100/40 4А200-4 — 4
1ГРТ160/31,56 4А180-4 22 4
1ГРК160/31.5 4А200М-4 37 6
1ГРТ160/31.5 4А200М-4 37 6
ГРТ160/71а 4А250-4 75 6
ГРУ400/20 А02-91-6 55 8
ГРК400/40 4А315М-6 132 11
ГРУ800/40 АО 113-80 200 70
ГРТ800/71 А4-400Х-6УЗ 400 —
ГРУ 1600/25 АЗ-12-42-8 250 14
А03-400М-8 250 14
1ГРК1600/50а ДА304-400У-8У1 250 25
А03-400М-8У2 250 25
1 ГРК 1600/50 ДА304-450У-8У1 500 25
А313-52-8У4 500 25
1 ГРУ2000/63 АКН2-15-69-10 800 140
ГРТ4000/71 СДНЗ-16-41-12 1250 100,5
СДНЗ-16-51-12 1600 100,5
2ГРТ8000/71 СДУ-18-54-16-2 3200 720—1080
316
Таблица 7.21
Техническая характеристика центробежных грунтовых насосов типа ГрА
Типоразмер Частота вра- щения, с1 (об/мин) Подача, м3/ч (м3/с) Напор, м КПД, % Мощность, кВт Допустимый ка- витационный запас, м, не более Размер проходно- го сечения проточ- ного тракта, мм Масса, кг Диаметр колеса, мм
ГрАТ(К) 24,2 (1450) * 85 (0,0236) 40 57 16,3 4,6 40 1261 340
85/40 20(1200) 70(0,0194)** 27 56 9,2 3,2 — —
16,1 (965) 56(0,0155) 17 55 4,7 2,2 • — —
ГрАТ(К) 24,2 (1450) * 170 (0,472) 40 60 30,9 4,5 50 — —
170/40 20 (1200) 140 (0,0389)** 27,5 60 17,5 3,1 1450 355
16,1 (965) 112(0,0311) 17 59 8,8 2,2 — —
ГрАТ(К) 24,2 (1450) * 225 (0,0625) 67 62 66,3 6,3 53 2615 425
225/67 20 (1200) 185(0,0514)” 45 61 37,2 4,3 —
16,1 (965) 150 (0,417) 30 60 20,4 2,8 — —
ГрАТ(К) 16,1 (965)* 350 (0,0972,1) 40 64 59,6 4,3 65 2710 510
350/40 13,9 (830) 300 (0,0833)” 30 64 38,3 3,2 — —
12,1 (725) 265 (0,0736) 22,5 63 25,8 3 — —
ГрАТ(К) 16,1 (965)* 450(0,1250) 67 62 132,5 4,7 76 5085 620
450/67 13,9(830) 390(0,1083)” 50 61 87,1 3,7 — —
12,1 (725) 335 (0,093) 37,5 60 57,1 3,2 — —
ГрАТ(К) 16,1 (965)* 700(0,1944) 40 67 113,9 5,5 90 4600 535
700/40 13,9 (830) 600 (0,1666)” 30 66 74,3 4,2 — —
12,1 (725) 520(0,1444) 22,5 65 49,1 3,4 — —
ГрАТ(К) 16,1 (965)’ 900 (0,25) ’ 67 70 234,7 7,5 90 8960 685
900/67 12,1 (725) 670(0,1861) 37,5 68 100,7 4,6 —
9,7 (580) 540(0,15) 24 67 52,7 3,5 — —
w
co
Окончание табл. 7.21
Типоразмер Частота вра- щения, с-1 (об/мин) Подача, м3/ч (м3/с) Напор, м КПД, % Мощность, кВт Допустимый ка- витационный запас, м, не более Размер проходно- го сечения проточ- ного тракта, мм Масса, кг Диаметр колеса, мм
ГрАТ(К) 12,1.(725)* 1400 (0,3889) 40 73 209 5,5 130 — 760
1400/40 9,7 (580) 1100(0,3056) 25 72 104,1 3,7 7250
ГрАТ(К) 8,1 (485) 12,1 (725) ‘ 935 (0,2597) 1800(0,5) 18 67 71 74 64,6 444,1 5,3 8 130 13 000 905
1800/67 9,7 (580) 1450 (0,4028) 42 73 227,3 5,3 —
8,1 (485) 1200 (0,3333) 30 72 136,2 3,9 —
8,1 (485)* 2500 (0,6944) 40 75 363,3 6 176 —— —
* Номинальная частота вращения для данного типоразмера насоса. * * Допускается получение параметров с уменьшенным диаметром рабочего колеса при номинальной частоте вращения для дан-
ного типоразмера.
Таблица 7.22
Техническая характеристика центробежных грунтовых насосов типа НПБР
Типоразмер Частота враще- ния (синхрон- ная), с“! (об/мин) Подача, м3/ч (м3/с) Напор, м КПД, % Мощность, кВт Допустимый ка- витационный за- пас, м, не более Размер проходно- го сечения проточ- ного тракта мм
НПБР 100-400 16,1 (980) 160 (0,044) 20 60 14,6 5 40
НПБР 150-550 16,1 (980) 315 (0,087) 40 63 54 8 45
13,3 (800) 250 (0,07) 28 62 31 5
12,2(735) 230 (0,064) 24 60 25 4,6
Таблица 7.23
Техническая характеристика объемных насосов для перекачки гидросмеси
Тип Завод, фирма Установ- ленная мощность, кВт Макси- мальная подача, м3/ч. Макси- мальное давление, МПа Тип насоса Число двой- ных ходов в минуту' Масса, м Габариты, м
УНБ-600 (У8-6МА2) Уралмаш 600 180 10 Двухпоршневой горизон- тальный двустороннего действия (дуплекс) 65 25 5,1 х 3 х 3,3
У8-7М То же 830 180 13,9 Двухпоршневой — 33,1 —
У8-6М » 585 130 13,9 То же — 27,02 —
У8-4М » 440 80 12,3 » — 18,5
НПП-2 » 2960 800 9 Четырех цилиндровый с гидроприводом 10 25,8 13,7x2,7x2,9
ГНПА 400/100 Свесский на- сосный завод 2000 400 10 То же 14 57 10x7,5x4,1
355ДН2 «Ингерсолл ренд» (США) 1500 633 7,8 Дуплекс 85 36 6,2 х 3,6 х 3,4
9"х9"У7 Тоже 870 400 8 Семиплунжерный 107 52,2 4,8 х 4,5 х 4,3
«Титан» «Вил сон- Снайдер» (США) 1250 425 9,6 Поршневой дуплекс — —
В-1640 «Бетлехем» (США) 1263 306 13 Двухпоршневой дуплекс 80 29,2 —
«Титан» «Уилсон» (США) 919 424,8 7,3 То же 75 19,8 —
Окончание табл. 7.23
Тип Завод, фирма Установ- ленная мощность, кВт Макси- мальная подача, м3/ч Макси- мальное давление, МПа Тип насоса Число двой- ных ходов в минуту Масса, м Габариты,м
«Гидро- хойст» «Хитачи» (Япония) — — — С гравитационным раз- делением — — —
«Марс L-225» «Мицубиси» (Япония) 265 205 4 Двухпоршневой 55 25,0 —
«Марс Н-25» То же 524 202,3 8 То же 55 39 —
LK81 (2х 16) 1000 «ВИРТ» (ФРГ) 765 217,1 11 » 65 24,5 —
ТРК 10x20 То же 780 232 10 Триплекс 51 36 —
8А900- 8x20 «Мареп» (Франция) 662 240,1 8,6 Дуплекс 65 27 —
G18/700 «Манесман» (Австрия) 632 223,2 7,7 Двухпоршневой 60 20,8 —
ZPM-1800 (сдвоен- ный) «Гехо» (Голландия) 1450 520 7,5 Дуплекс, мембранный 43 78,5 5,6 х 7,8x4
TZP 1600 То же 1300 320 10 Триплекс 55 38,9 6,3 х 2,8хЗ,1
Центробежные насосы типа Гр А и НПБР
Насосы типа ГрА и НПБР являются новым поколением
центробежных насосов, предназначены для замены большей ча-
сти насосов типа Гр и ПБ и других типов центробежных насо-
сов для абразивных гидросмесей при значительном расшире-
нии области их применения по перекачиваемым средам.
Следует иметь в виду, что поля Q — Н (области назначения
по подаче и напору) насосов ГрА и НПБР не соответствуют по-
лям насосов Гр и ПБ. Так, поле одного насоса Гр (ПБ) покры-
вается полями нескольких насосов типа ГрА (НПБР) и наобо-
рот. Поэтому подбирать насосы типов ГрА и НПБР для заме-
ны насосов типа Гр или другого типа следует только по требу-
емым гидравлическим параметрам установки с учетом свойств
перекачиваемой среды и других особенностей эксплуатации.
Центробежные насосы типов ГрА и НПБР — горизонтальные
консольные одноступенчатые с приводом от электродвигателя
через упругую муфту или клиноременную передачу, применяют-
ся для перекачивания абразивных гидросмесей на обогатитель-
ных фабриках горнорудной и угольной промышленности, черной
и цветной металлургии, на предприятиях по производству цемен-
та, в системах золошлакоудаления тепловых электростанций.
Насосы не предназначены для работы на взрыво- и пожа-
роопасных производствах и установках и не используются для
перекачивания горючих и легковоспламеняющихся жидкостей.
Давление на входе в насос должно быть не более 0,2 МПа
(2 кгс/см2). По согласованию с заводом-изготовителем допус-
кается последовательная работа насосов. При этом максималь-
ное давление на входе в насос первой ступени не более 0,1 МПа
(1 кгс/см2). Насосы изготавливаются Бобруйским машиностро-
ительным заводом, Уфимским опытным заводом горного обо-
рудования.
При выборе насоса следует учитывать, что требуемые па-
раметры насоса (подача и напор) должны находиться в преде-
лах рабочей области его характеристики. Технические данные
и графические характеристики насосов приведены при работе
на воде.
Насосы типа ГрА. Электронасосный агрегат типа ГрА со-
стоит из центробежного горизонтального консольного одно-
ступенчатого насоса с осевым входом и электродвигателя пе-
ременного тока, соединенного с насосом с помощью упругой
321
муфты или клиноременной передачи. Предназначены для пере-
качивания высокоабразивных гидросмесей с водородным пока-
зателем pH от 6 до 12, плотностью до 2200 кг/м3, температурой
от 278 до 343 К (от 5 до 70 °C), с содержанием твердых включе-
ний до 30 % по объему. Максимальный размер твердых вклю-
чений в зависимости от материала проточной части насосов
следующий: износостойкий сплав — до 6 мм, абразивный мате-
риал на органической связке — до 1 мм.
В отдельных случаях по согласованию с заводом-изготови-
телем возможно использование насосов для гидросмесей плот-
ностью свыше 2200 кг / м, с содержанием твердых включений по
объему до 35 % с размером более 6 мм.
Конструктивно насосы изготавляют в двух исполнениях: с
внутренним корпусом из износостойкого металла (Т); с корпу-
сом, футерованным абразивным материалом на органической
связке (К).
Параметрический ряд насосов типа ГрА включает в себя 10
типоразмеров с подачей от 30 до 2500 м3/ч и напором от 16 до
71 м (рис. 7.47). Они комплектуются электродвигателями мощно-
стью от 15 до 1000 кВт, частотой вращения 1450, 1200, 965, 830,
725, 580 и 485 об/мин.
Насосы делятся на две группы: нижняя — с напором до 40 м и
верхняя — напором до 71 м. Параметрический ряд насосов ти-
па ГрА построен таким образом, что диапазон наиболее упо-
требительных напоров от 20 до 40 м обеспечивается насосами
как верхней, так и нижней группы. Это позволяет на одни и те
же параметры в зависимости от степени абразивности перека-
чиваемой среды подобрать наиболее подходящий насос: для
легких условий эксплуатации — менее материалоемкие насосы
нижней группы, а для более тяжелых условий — надежные на-
сосы верхней группы.
Профили проточных каналов рабочих колес и отводов по-
строены с учетом закономерностей движения и распределения
абразивных частиц в каналах, что обеспечивает их равномер-
ный износ.
Насосы типа ГрАТ — двухкорпусные, внутренний корпус
выполнен из износостойкого металла; насосы типа ГрАК —
однокорпусные, с футеровкой проточной части корпуса абра-
зивным материалом на органической связке. Технические ха-
рактеристики и установочные размеры насосов одинаковые.
322
Рис. 7.47. Поля <2—Н насосов типа ГрА (пунктирная линия устанавливает об-
ласть работы насосов с напором 40 м).
Насосы типа НПБР, Электронасосный агрегат типа НПБР
состоит из центробежного горизонтального консольного одно-
ступенчатого насоса с боковым входом и электродвигателя пе-
ременного тока, соединенного с насосом с помощью упругой
муфты или клиноременной передачи.
Предназначены для перекачивания продуктов обогащения
руд горных производств и других абразивных гидросмесей с pH
от 6 до 8, плотностью до 1900 кг/м, температурой от 278 до 333 К
(от 5 до 60 °C), с содержанием твердых включений до 30 % по
объему и микротвердостью до 11 000 МПа с максимальным раз-
мером твердых включений до 2 мм. Детали проточной части
насосов выполнены из износостойкой резины (Р).
Насосы выпускаются двух типоразмеров на подачу от ПО
до 350 м3/ч и напор от 20 до 44 м.
Для гидротранспорта угля и малоабразивных пород при-
меняются углесосы консольного типа (табл. 7.24), которые вы-
полняются одно- и многоступенчатыми. Наибольшее примене-
ние получили одноступенчатые углесосы.
323
bJ
Техническая характеристика углесосов и шламовых насосов
Таблица 7.24
Тип Диаметр рабоче- го коле- са, мм Подача, м3/ч (л/с) Напор, м кпд насоса, % Частота враще- ния, об/мин Вакуум - метриче- ская высо- та всасыва- ния, м Мощность электро- двигателя, кВт Размер проход- ного се- чения, мм Диаметр пат- рубка, мм Масса, кг
всасы- вающего напор- ного
Углесосы
10У4 620 350 (97) 120 55 1485 3 320 80 250 220 1555
10У5 690 600 (167) 175 55 1485 3 630 100 250 250 3030
14УВ6 650 900 (250) 320 65 1485 4 1600 100 300 300 ИЗО
12У10 510 900 (250) 85 65 1450 4 320 100 300 200 1600
14У7 715 1400 (390) 175 65 1485 3 1200 100 350 250 3815
Шламовые насосы
6ФШ-7А 420 200 (55) 60 62 1470 — 132 — 150 125 600
6Ш8 420 250 (69,4) 54 64 1450 — 125 — 150 125 —
6Ш8-2 320 150(41,6) 33 64 1450 — 30 — 150 125 765
8ШН-150 360 150(41,6) 30 57 1460 — 30 40 125 125 625
589 360 150(41,6) 30 57 1450 — 40 — 125 125 850
5МШ-1 320 150(41,6) 33 64 1450 6,8 55 — 125 100 1115
8С-8 545 360 (100) 42 65 985 — 160 — 200 150 3619
8ШЦ-6А 520 70—300 60—68,5 — 1500 2 160 — 200 125 1165
Гидроэлеваторы
Гидроэлеватор представляет собой водоструйный насос, при-
меняемый при более коротких расстояниях (до 100 м) и высоте
подъема 6—20 м. Высота всасывания достигает 6—7 м.
Область применения гидроэлеваторов очень большая, что объ-
ясняется простой эксплуатацией, надежностью и долговечно-
стью в работе, возможностью индивидуального изготовления, бы-
строй замены износившихся частей, небольшой массой (рис. 7.48).
Гидроэлеваторы применяются на открытых горных рабо-
тах как транспортирующие машины, на водоотливе из шахт и
котлованов, на чистке зумпфов, стволов шахт, на удалении шлака
и золы на тепловых электростанциях, на предприятиях химиче-
ской и металлургической промышленности, на перекачке мел-
кой рыбы и т. д. Однако гидроэлеваторы имеют низкий коэффи-
циент полезного действия, на горных работах он не превышает
20—30 %. Поэтому гидроэлеваторные установки требуют зна-
чительных расходов воды, работая с соотношением Т: Ж = 1:8 —
1:40.
J75O
Рис. 7.48. Гидроэлеватор ГЭ-170/350 конструкции ЦКБ:
1 — приемная камера; 2 — насадка; 3 -- горловина (смесительная камера); 4 — диффу-
зор; 5 — конфузор водовода
325
Серийно выпускаемые гидроэлеваторы — ГЭ-140/250, ГЭ-170/350,
ГЭ-170/400, ГЭ-190/400 (числитель — диаметр горловины, зна-
менатель — диаметр пульпопровода). Серийные гидроэлеватор-
ные устройства, в состав которых кроме гидроэлеваторов входят
загрузочные бункеры с ограничительными решетками и пуль-
попроводы длиной до 20 м, имеют следующую характеристику.
Тип пульпопровода У ГЭ-11-250 УГЭ-11-350 УГЭ-11-400
Диаметр пульпопровода, мм Диаметр сменных горловин гидро- 250 350 400
элеватора, мм Диаметр сменных рабочих насадок 140 170 190
гидроэлеватора, мм Диаметр отверстий сменных огра- ничительных решеток загрузочного 60; 65; 70 85; 90 95; 100; 105
бункера, мм , 100 125 125; 140
Масса, кг 2360 4100 4400
Горловина выполнена из легированной Стали 70X1 с термо-
обработкой (до полного износа технический ресурс составляет
16—26 тыс. м3) или из высоколегированной — группа 300 х 1215
(26 тыс. м3).
Продольные размеры: L\ - (2,7-^-3) D\; Li = (5-ьб) £>з; Ly =
= (10-т-12) 7)3, где Di — диаметр насадки, мм; Dy — диаметр гор-
ловины, мм.
Загрузочные аппараты
Загрузочные аппараты, называемые также питателями, явля-
ются перспективным средством напорного гидротранспорта. Они
предназначены для загрузки твердого материала в напорный тру-
бопровод. В гидротранспортных установках с загрузочными ап-
паратами насос работает на чистой воде, а твердый материал в су-
хом виде или в виде гидросмеси подается загрузочным аппаратом
в нагнетательный трубопровод. Это обеспечивает таким гидро-
транспортным установкам следующие достоинства:
• возможность транспортирования пород на большое рас-
стояние без станций перекачки за счет применения высокона-
порных многоступенчатых насосов для чистой воды;
® значительное уменьшение износа основного гидротранс-
портного оборудования и увеличение срока его службы;
• увеличение крупности транспортируемого твердого ма-
териала, которая в данном случае ограничивается только сече-
нием нагнетательного трубопровода;
326
• возможность регулирования и увеличения консистенции
перекачиваемой гидросмеси; увеличение КПД гйдротранспорт-
ной установки за счет применения более экономичных насосов
для чистой воды.
Кроме того, при гидротранспорте с больших глубин воз-
можно использование U-образных уравновешенных систем гид-
роподъема, при которых значительно снижается расход энергии.
К недостаткам гидротранспортных установок с загрузочны-
ми аппаратами следует отнести сложность системы управления.
В настоящее время известно много типов загрузочных ап-
паратов, различающихся как по принципу действия, так и по
конструктивному исполнению. По принципу действия их мож-
но разделить на аппараты цикличной подачи (камерные, плун-
жерные, поршневые) и непрерывной (шнековые, траковые, цен-
тробежные и др.).
Для открытых горных работ перспективными следует счи-
тать камерные загрузочные аппараты, работа которых основана
на принципе шлюзования. Твердый материал загружается в шлю-
зовую камеру, устанавливаемую на нагнетательном трубопрово-
де насоса. По окончании загрузки шлюзовая камера герметизи-
руется путем закрытия загрузочного клапана. Давление в камере
уравнивается с давлением в нагнетательном трубопроводе, и твер-
дый материал потоком чистой воды вытесняется в трубопроводе.
Основным недостатком таких загрузочных аппаратов явля-
ется цикличность их действия. Для устранения этого недостат-
ка были изготовлены многокамерные аппараты, в которых ка-
меры работают поочередно, что позволяет получить практиче-
ски непрерывный и достаточно равномерный процесс загрузки
трубопровода твердым материалом.
Загрузочный аппарат конструкции Гидропроекта (рис. 7.49)
состоит из трех шлюзовых камер. Аппарат испытан при строи-
тельстве Зейской ГЭС
Техническая характеристика камерных загрузочных аппа-
ратов приведена в табл. 7.25.
Трубчатые загрузочные аппараты, в которых в качестве
камер используются трубы, загружаются гидросмесью с помо-
щью грунтовых насосов или гидроэлеваторов.
Во ВНИИгидроугле разработана конструкция загрузочно-
го трубчатого аппарата АЗТ-500, работа которого основана на
принципе шлюзования.
327
Рис. 7.49. Принципиальная схема загрузочного аппарата конструкции Гидро-
проекта:
1 — ленточный конвейер-питатель; 2 — бункер; 3 — затвор; 4 — приемная горловина;
5 — откидной клапан; 6 — трубопровод; 7 — сливной клапан; 8, 9 — клапаны; К) —
дроссель-регулятор; И — насос; 12 — датчик; 13 — шлюзовая камера
Таблица 7.25
Техническая характеристика камерных загрузочных аппаратов
Показатель Аппарат конструкции Гидропроекта АЗВ-4 АЗК-8
Число камер 1 4 2
Вместимость камер, м3 18,9 1,7 ——-
Часовая производитель- ность, м3 300 330 50
Максимальная крупность транспортируемых кусков, мм 200 80 75
Техническая характеристика загрузочного аппарата АЗТ-500
Техническая производительность по твердому, м3/ч........... 400—500
Производительность по загрузке гидросмесью, м3/ч .......... 1700—2000
То же по вымыву из аппарата, м3/ч.......................... 2000—2200
Максимальная крупность транспортируемых кусков, мм ........180
Напор транспортной воды, м................................. 300—-320
То же при загрузке гидросмеси, м...........................35—60
328
7.8.2. Схемы работы грунтовых насосов
При работе грунтовых насосов (землесосов) на один тру-
бопровод существует последовательное и параллельное их со-
единение.
Последовательная работа землесосов применяется в том слу-
чае, когда гидросмесь нужно поднять на большую высоту или
транспортировать ее на большие расстояния, а напор, развива-
емый одним землесосом, недостаточен, чтобы преодолеть гидрав-
лические сопротивления и геодезическое возвышение трубопро-
вода при достаточной для транспортирования грунта скорости
гидросмеси. При последовательном соединении землесосов воз-
можны три схемы компоновки (рис. 7.50).
Первая схема. Оба землесоса расположены близко один к
другому. Первый землесос всасывает гидросмесь из зумпфа и по-
дает ее непосредственно во второй землесос. Таким образом,
короткий напорный трубопровод первого землесоса является
всасывающей линией второго, но в этой всасывающей линии
давление больше атмосферного. Напор первого землесоса скла-
дывается с напором второго землесоса, поэтому для построе-
ния совместной характеристики последовательно работающих
землесосов достаточно сложить напоры насосов (Н\ + Hi) при
одинаковом расходе (21,2).
Следует отметить, что в последовательную работу целесо-
образно объединять землесосы одной марки либо с одинаковыми
или почти одинаковыми характеристиками, иначе может ока-
заться, что один из землесосов будет являться местным сопро-
тивлением в сети другого.
Вторая схема. Землесосы, работающие на общий пульпо-
провод, значительно удалены один от другого, а напорная ли-
ния первого землесоса подсоединяется непосредственно к вса-
сывающему патрубку второго. Перекачку гидросмеси при этом
можно запроектировать и осуществить с помощью одного из
следующих трех способов.
1. Трубопровод, заключенный между двумя землесосами, по-
глощает полностью нагнетательную способность первого и вса-
сывающую способность второго землесоса, т. е. потери напора
в этом трубопроводе равны по величине сумме давления пер-
вого и вакуума второго землесоса. Точка атмосферного давле-
ния расположена на достаточном удалении от второго землесо-
са, а между этой точкой (сечением) и вторым землесосом в тру-
329
Рис. 7.50. Схема последовательной работы грунтовых насосов с одним про-
межуточным зумпфом
бопроводе имеется вакуум. В этом случае стоит первому земле-
сосу подать гидросмесь более высокой консистенции, чем при-
нято в расчете, во втором землесосе немедленно начнется кави-
тация.
2. Точка нулевого избыточного давления в соединяющем
два землесоса трубопроводе находится вблизи от второго зем-
лесоса. В этом случае изменения в составе гидросмеси заставят
перемещаться эту точку, причем при очень высокой консистен-
ции и засоренном грунте она может значительно удалиться от
второго землесоса, что создаст кавитационный режим в его
работе.
3. Второй землесос работает с частичным подпором, что
гарантирует его устойчивую работу.
Третья схема. Перекачивающий землесос удален от забой-
ного на определенное расстояние, но из напорного трубопро-
вода первого землесоса гидросмесь поступает в промежуточный
зумпф, из которого она всасывается перекачивающим землесо-
сом и транспортируется им дальше.
Первая схема применяется в случаях, когда по прочности
пульпопровода допустимо соответствующее повышение в нем
рабочего давления. Преимуществом схемы является расположе-
ние землесосов в одном помещении, что снижает капитальные и
эксплуатационные затраты. Недостаток схемы — весь трубопро-
330
вод находится под суммарным давлением, развиваемым двумя
(или более) землесосами. При этой схеме затрудняется работа
уплотнительных устройств второго землесоса, соединяемые зем-
лесосы должны иметь одинаковую производительность. На от-
крытых горных работах рассмотренная схема встречается обыч-
но в начале разработки месторождения. Затем забойный земле-
сос периодически передвигается за фронтом работ, а перекачи-
вающий остается на старом месте.
Вторая и третья схемы имеют то общее преимущество, что
трубопровод и оба землесоса находятся под давлением, разви-
ваемым одним землесосом. Это позволяет использовать облег-
ченные трубы и работать перекачивающему землесосу под нор-
мальным давлением.
Третья схема с промежуточным зумпфом применяется на
гидроустановках с переменным режимом транспортирования,
который бывает, например, при размыве неоднородных или
труднообрушаемых пород. Наличие промежуточного зумпфа
позволяет использовать разнотипные землесосы с различающи-
мися производительностями. Недостатком схемы с промежуточ-
ным зумпфом является некоторое увеличение энергоемкости
гидротранспорта, так как в этом случае не используется оста-
точный напор на конце трубопровода забойного землесоса и
возникают дополнительные затраты энергии на подъем гидро-
смеси из зумпфа перекачивающим землесосом. При правильно
выбранном местоположении первичного землесоса, когда оста-
точный напор в конце трубопровода забойного землесоса не
превышает 5 м, первый недостаток практически отсутствует, а
второй может быть устранен с помощью сооружения промежу-
точного зумпфа выше уровня оси землесоса, что упрощает
также запуск перекачивающего землесоса. Устройство проме-
жуточного зумпфа оправдывается при постоянном местополо-
жении перекачивающего землесоса. По такой схеме работает, в
частности, большинство перекачивающих землесосных станций
на гидроустановках для удаления хвостов с обогатительных
фабрик черной и цветной металлургии.
Таким образом, схема с промежуточным зумпфом требует
расчетного определения местоположения перекачивающего зем-
лесоса.
331
Параллельная работа землесосов представляет собой совме-
стную самостоятельную работу двух или нескольких грунтовых
насосов на один общий трубопровод без прохождения гидро-
смеси, транспортируемой одним землесосом, через другие. Та-
кая схема позволяет увеличить производительность (2i + Qi) су-
ществующего пульпопровода или использовать один пульпо-
провод для подачи в него грунтовой смеси из разных карьеров.
При составлении и осуществлении проектов параллельной
работы землесосов необходимо иметь в виду, что при большой
разнице в характеристиках грунтовых насосов высоконапор-
ный грунтовой насос с большой производительностью может
подавать гидросмесь не только в магистральный трубопровод,
но и через другой, параллельно работающий низконапорный
грунтовой насос. Следовательно, характеристики параллельно
работающих грунтовых насосов должны быть одинаковыми
или близкими между собой.
Перекачивающие землесосные станции
По типу установки все перекачивающие землесосные стан-
ции можно разделить на передвижные (полустационарные) и
стационарные.
Иногда, если это экономически оправдано, в качестве пере-
качивающей землесосной станции используют земснаряд.
В качестве передвижных, или полустационарных, перека-
чивающих землесосных станций в основном используются пе-
редвижные землесосные установки.
Перекачивающие землесосные станции работают следующим
образом. Гидросмесь, поступающая от земснаряда или землесо-
сной установки 6 по магистральному пульпопроводу 1 (рис. 7.51),
проходит по отводу 14 через обратный клапан 12 к отводу 10 и
далее в магистральный пульпопровод 9, одновременно запол-
няя через трубу 2 грунтовой насос 7. В период пуска грунтового
насоса клапан 13 (с отводящим патрубком 4), установленный
на его всасывающей трубе, открыт, и имеющийся в пульпопро-
воде 1 воздух выбрасывается в атмосферу. После выпуска всего
воздуха из пульпопровода 1 и при начале выброса гидросмеси че-
рез патрубок 4 закрывают клапан 13 и запускают грунтовой на-
сос 7 в работу. При запуске грунтового насоса 7 возникает раз-
ность давлений в пульпопроводах 1 и 9, вследствие чего обратный
332
Рис. 7.51. Схема включения пере-
качивающей землесосной станции
клапан 12 закрывается и вся
гидросмесь, поступающая по
пульпопроводу 7, начинает
проходить только через грун-
товой насос 7.
Уплотнение всасываю-
щей и напорной сторон грун-
тового насоса, отжим саль-
никовой коробки и охлаж-
дение подшипников вала на-
соса осуществляются от вспо-
могательного насоса 5, берущего воду из емкости 3, в качестве
которой на практике используют естественный водоем, или при
его отсутствии чистую воду подают по отдельному трубопро-
воду (8 — электродвигатель, 77 — обратный клапан).
Стационарные перекачивающие землесосные станции при-
меняют на обогатительных фабриках, тепловых электростан-
циях (для транспортировки золы) и при обустройстве крупных
нефтегазовых месторождений.
На стационарных перекачивающих землесосных станциях це-
лесообразно устанавливать два грунтовых насоса (рис. 7.52), из
которых один должен быть рабочим, другой — резервным. На
практике часто устанавливают только один грунтовой насос, а
периоды его профилактических ремонтов совмещают с перио-
дами ремонтов грунтового насоса головного земснаряда (зем-
лесосной установки).
Количество потребной чистой воды для перекачивающих
землесосных станций составляет обычно 5—7 % подачи грун-
тового насоса, а ее напор —на 0,05 МПа больше.
Все перекачивающие землесосные станции устанавливают
на магистральных пульпопроводах, где остаточный напор го-
ловного грунтового насоса не превышает 8-—10 м.
Магистральный трубопровод необходимо прокладывать с
учетом рельефа местности и подвигания фронта горных работ в
333
карьере. Трасса трубопровода между карьером и пунктом
приема гидросмеси должна быть по возможности без криволи-
нейных участков.
Примеры возможных схем прокладки трубопроводов в за-
висимости от условий местности приведены на рис. 7.53 — 7.55.
Рис. 7.52. Схема стационарной перекачивающей землесосной станции ЗГМ-2М:
J — водяной насос собственных нужд; 2 — задвижка; 3 — воздушный клапан; 4 —
фланец; 5 — компенсатор; 6 — вспомогательный насос; 7 — вентиль; 8 — грунтовой
насос; 9 — обратный клапан; 10 — пульпопровод
334
Рис. 7.53. Схемы прокладки трубопроводов:
а — по поверхности земли; б — по насыпи; в — в выемке; 1 — водовод; 2 — пульпо-
провод; 3 — деревянная подкладка; 4 — насыпь
Рис. 7.54. Опора магистрального пульпопровода диаметром 400—700 мм
(высотой до 4 м):
/— штырь; 2 — стойка; 3 — насадка; 4 — подкладка под трубу
Рис. 7.55. Опора пульпо-
провода высотой 4—7 м:
1 — стойка; 2 — штырь; 3 —
хомут; 4 — поперечина; 5 —
подкладка под трубу
7.8.3. Расчет напорного гидротранспорта
Практическими вопросами гидротранспорта являются:
расчеты потерь напора при транспортировании различных ма-
териалов по трубам; установление уклона безнапорных гидро-
транспортных систем — канав и лотков; определение предель-
ных скоростей, при которых транспортируемый материал еще
не осаждается на дно потока; выбор оборудования для осуще-
ствления гидравлического транспорта и многие другие при-
кладные задачи.
Гидравлический транспорт по безнапорным системам на-
зывают безнапорным (самотечным), а по трубам (при полном
заполнении сечения труб) — напорным гидротранспортом.
На гидровскрышных работах угольных и рудных карьеров,
карьеров сырья для огнеупоров и на большинстве карьеров стро-
ительных материалов выдача породы осуществляется только на-
порным гидротранспортом.
В случаях разработки месторождения плавучими земснаря-
дами используется только напорный гидротранспорт.
Гидротранспорт широко применяется в строительной про-
мышленности, в сельском хозяйстве, в металлургической, хими-
ческой и других отраслях народного хозяйства. Столь широкое
применение гидравлического транспорта объясняется тем, что он
значительно дешевле и эффективнее, чем железнодорожный и
автомобильный, значительно уменьшает потребность в рабочей
силе и материалах, снижает эксплуатационные затраты, сокраща-
ет потери транспортируемого продукта, при нем отпадает необ-
ходимость возврата пустой тары.
Особенно необходимо применение гидротранспорта в том
случае, когда топография местности затрудняет возведение же-
лезнодорожных или других путей. Примером этого могут быть
заболоченные земли Западной Сибири.
Твердые частицы, переносимые напорным или безнапор-
ным потоком воды, при некоторой скорости движения начина-
ют оседать на дно потока. Средняя скорость потока гидросме-
си, соответствующая началу осаждения твердых частиц на дно,
называется критической скоростью. Величина критической ско-
рости для определенных трубопроводов, грунта и консистенции
гидросмеси имеет важное практическое значение, так как при
скоростях ниже критической возможно частичное или полное
заиление трубопровода.
336
Для нормальной работы гидротранспортной установки не-
обходимо, чтобы скорость пульпы V была выше критической
скорости ГКр, но не более чем на 15 — 20 %, т. е.
^<(1,15^1,2)^. (7.73)
При V < ИКр возможно осаждение материала на дно трубо-
провода и, как следствие, заиление труб. При И> 1,2Икр возрас-
тает расход энергии и ускоряется износ трубопроводов. Если
И > Икр, то необходимо увеличить расход воды или уменьшить
диаметр кусков транспортируемого груза путем их дополни-
тельного дробления. Последнее позволяет уменьшить значение
D, а следовательно, повысить И и снизить Икр. При И > 1,2 Икр
необходимо увеличить диаметр трубы до значения, при кото-
ром выполняется условие (7.73).
Необходимое давление Я, кПа, для перемещения пульпы
складывается из его потерь при подъеме пульпы на заданную
геодезическую высоту и при движении пульпы на расчетной
длине транспортирования.
Гидротранспорт горной массы осуществляется как по на-
порным трубопроводам, так и по безнапорным трубам, лоткам и
канавам. На угольных и рудных карьерах и на большинстве
карьеров стройматериалов, а также при разработке месторожде-
ний плавучими земснарядами используется только напорный ги-
дротранспорт. Самотечный гидротранспорт применяется в случа-
ях, когда уровень подошвы разрабатываемого уступа выше уров-
ня места складирования горной массы. В настоящее время расчет
напорного гидротранспорта производится по эмпирическим и
полуэмпирическим формулам, предложенным рядом авторов.
Расчет параметров напорного гидротранспорта
по методу ВНИПИИстромсыръя
Этот метод используется при определении параметров гид-
ротранспортирования песчано-гравелистых грунтов, крупно-,
средне- и мелкозернистых песков, супесей, суглинков и глин.
Диаметр пульпопровода можно рассчитывать из условия ра-
боты без заиления или с частичным заилением (не более 10— 15 %
диаметра трубопровода). В случае работы с частичным заиле-
нием трубопровода потери напора в нем принимаются равны-
337
ми потерям напора при критическом скорости движения пуль-
пы. При увеличении скорости по сравнению с критической на
5—10 % удельные потери напора (на 1 м длины пульпопровода)
могут быть приняты равными потерям при соответствующей
критической скорости. В этом случае потери напора, м, на 1 м
пульпопровода определяются по формуле
(7.74)
где Ккр и — соответственно критическая и расчетная (дейст-
вительная, фактическая) скорость движения пульпы, м/с; /п. кр —
потери напора при критической скорости, м; fa — потери напо-
ра на 1 м длины трубопровода для воды, м.
Расчетная (фактическая) скорость Кр определяется по фор-
муле (7.96). Критическая скорость движения пульпы определя-
ется по формуле
где Р — консистенция пульпы по объему; g — ускорение сво-
бодного падения, м/с2; Dn — диаметр пульпопровода, м; Сф —
коэффициент лобового сопротивления частиц при свободном
падении в воде;
^ = (Уг-'Го)/(Ут-Т'о).
(7.76)
где уг,у0, ут — плотность соответственно гидросмеси, воды и
породы, т/м3; у г и среднее значение ут определяются соответст-
венно по формулам (7.92) и (7.88).
Диаметр пульпопровода Dn определяется методом перебора,
т. е. с соблюдением условия V > Ркр. Желательно, чтобы отно-
шение Кр/Ккр было не более 1,2.
Потери напора на 1 м длины пульпопровода при критиче-
ской скорости для песчано-гравийных грунтов и крупнозерни-
стых песков определяются по формуле
U=4(l+ »>/?), (7-77)
для средне- и мелкозернистых песков
z„.xp=/0(i+6^F),
для супесей, суглинков, илов и глин
4„, = ^(1+4^). (7.78)
Потери напора на 1 м длины трубопровода для воды опре-
деляются по формуле Дарси — Вейсбаха
4 = ХГ,2/(2^£>О), (7.79)
X = l/(l,81gRe-l,52)2 , (7.80)
где Re — число Рейнольдса; Кв — скорость движения воды в
трубопроводе, см/с,
Re = PBr>n/v, (7.81)
где Dn — диаметр трубопровода, см; v — коэффициент кинема-
тической вязкости для воды (v = 0,01 см2/с).
Средний коэффициент лобового сопротивления грянуло-
метрического состава породы определяется по формуле
(/сТ1,5 - j2+-+(7^~) хп
- 100 ’ V-82'
/ I--\-1,5
где L/C I — коэффициент лобового сопротивления частиц
'V хп 1
данной фракции (табл. 7,26); xi, Х2, хп — содержание фрак-
ций, принимаемое по графику гранулометрического состава по-
роды, %.
Значения коэффициента Сф приведены в табл. 7.27. Для пред-
варительных расчетов значения критической скорости и потерь
напора принимают по табл. 7.28.
Общие потери напора, м, по длине пульпопровода опреде-
ляют по формуле
339
^об ^п. кр in к>Л. с ’
(7.83)
где /п — длина пульпопровода, м; км. с — коэффициент, учитыва-
ющий местные сопротивления в пульпопроводе (км.с = 1,05-Н,1;
меньшее значение коэффициента принимается при длинных
пульпопроводах с малым числом фланцевых соединений и уг-
лов поворота).
Таблица 7.26
Коэффициент лобового сопротивления частиц фракций
Крупность фракции, мм таг Крупность фракции, мм (к)'“ Крупность фракции, мм таг
80-^40 1,7 7 с 1,9 1—0,5 0,75
40—20 1,8 5—3 1,75 0,5—0,25 0,4
20—10 2 3—2 1,5 0,25—0,1 0.1
10—7 1,95 2—1 1,2 0,1 0,025
Таблица 7.27
Значения коэффициента Сф
Сф (-КГ Сф Сф
0,1 21,7 0,19 9,1 0,42 3,18
0,105 20,2 0,195 8,8 0,44 2,98
0,110 18,9 0,2 8,5 0,46 2,83
0,115 17,8 0,21 8,0 0,48 2,67
0,120 16,9 0,22 7,6 0,50 2,52
0,125 16 0,23 7,1 0,52 2,39
0,130 15,1 0,24 6,7 0,54 2,28
0,135 14,5 0,25 6,3 0,56 2,16
0,140 13,7 0,26 6,0 0,58 2,07
0,145 13,2 0,27 5,75 0,60 1,98
0,150 12,6 0,28 5,47 0,62 1,89
0,155 12 0,29 5,21 0,64 1,82
0,16 11,5 0,30 4,97 0,66 1,77
0,165 Н.1 0,32 4,57 0,68 1,67
0,170 10,6 0,34 4,22 0,70 1.6
0,175 10,2 0,36 3,91 0,72 1,55
0,18 9,9 0,38 3,64 0,74 1,49
0,185 9,6 0,4 3,41 0,76 1,43
340
Окончание табл. 7.27
(№ С(|, С,р Ctp
0,78 1,39 1.2 0,79 1,8 0,46
0,85 1,24 1,25 0,75 1,9 0,43
0,90 1,15 1,3 0,71 2,0 0,4
0,95 1,07 1,35 0,68 2,1 0,34
1.0 1,0 1,40 0,64 2,2 0,35
1,05 0,97 1,45 0,61 2,3 0,33
1,1 0,88 1,5 0,58
1,15 0,82 1,7 0,49
Таблица 7.28
Значения критической скорости и потерь напора
Породы Диаметр пульно- провода, мм Отношение твердого к жидкому (Т: Ж)
1 :5 1 : 10 1 : 15 1 : 20
ТЛф, м/с 1п. кр, М Гкр, м/с in. кр, м Икр, м/с in. кр, м Ц<р, м/с 1п. Кр, М
Песчано-гравий- 600 5,48 0,091 4,95 0,06 4,6 0,046 4,4 0,039
ные с содержа- нием гравия и 500 5,0 0,094 4,46 0,062 4,2 0,048 4,05 0,04
гальки свыше 45 % (Сф = 0,06; 400 4,5 0,101 4,03 0,065 3,74 0,05 3,62 0,046
dcp= 8,8 мм) 300 3,85 0,105 3,44 0,071 3,24 0,055 3,1 0,047
Песчано-гравий- 600 4,76 0,07 4,28 0,045 4,0 0,036 3,84 0,031
ные с содержа- нием гравия и 500 4,34 0,073 3,9 0,047 3,64 0,038 3,5 0,032
гальки 20—40 % (Сф = 0,9+1; dtp = 400 3,87 0,078 3,47 0,05 3,28 0,039 3,12 0,033
= 2,2 мм) 300 3,34 0,081 3,02 0,054 2,8 0,042 2,7 0,036
Крупиозерни- 600 4,04 0,053 3,62 0,034 3,40 0,026 3,26 0,023
стые пески с со- держанием гра- 500 3,67 0,054 3,3 0,035 3,08 0,027 2,96 0,023
вия до 10 % (Сф = = 1,8-5-2; dcp = 400 3,32 0,056 2,94 0,037 2,76 0,028 2,64 0,024
= 0,89 мм) 300 2,83 0,060 2,54 0,038 2,38 0,029 2,28 0,026
341
Окончание табл. 7.28
Породы Диаметр пульпо- провода, мм Отношение твердого к жидкому С Г: Ж)
1 :5 1 : 10 1 : 15 1 : 20
Икр, м/с in. кр, м Икр, м/с in. кр, м Икр, м/с /п. кр, м Икр, м/с /п. кр, М
Мелкозернистые 600 3,42 0,025 3,05 0,017 2,86 0,014 2,74 0,012
пески 500 3,10 0,026 2,88 0,018 2,58 0,014 2,50 0,013
(С₽ = 3,9; 400 2,77 0,027 2,48 0,019 2,32 0,015 2,22 0,014
dcp ~ 0,28+0,4 мм) 300 2,40 0,028 2,16 0,020 2,0 0,016 1,92 0,015
Лёссовидные 600 2,32 0,012 2,07 0,008 1,94 0,0067 —-
суглинки 500 2,12 0,013 1,88 0,008 1,77 0,0069 —
(Ц = (7,8; 400 1,88 0,013 1,68 0,009 1,57 0,0074 — •—
i/cp = 0,12 мм ) 300 1,62 0,014 1,45 0,010 1,36 0,0076 —
Необходимое число землесосов рассчитывается в зависимо-
сти от их производительности по пульпе и требуемого напора
по трассе пульпопровода. Землесосы располагают по трассе та-
ким образом, чтобы перед каждой землесосной установкой вто-
рого и последующих подъемов оставался напор 5—8 м от пре-
дыдущей землесосной установки.
Для определения производительности землесоса по пульпе
(т. е. рабочей точки принятого землесоса) пересчитывается ха-
рактеристика землесоса с воды на пульпу и строится график, на
который наносится расчетная характеристика пульпопровода,
начиная с расхода, соответствующего его критической скоро-
сти, до пересечения кривой пульпопровода с кривой землесоса.
Точка пересечения является рабочей точкой землесоса для за-
данных консистенции и высоты подъема пульпы, длины и диа-
метра пульповодов.
Для пересчета характеристики землесоса с воды на пульпу
рекомендуется формула канд. техн, наук Л.С. Животовского:
(7.84)
где Нп — напор, развиваемый землесосом на пульпе, м; Hq — на-
пор, развиваемый землесосом на воде, м; Qo — расход землесо-
са по воде, соответствующий максимальному КПД, м3/с; DK —
наружный диаметр колеса землесоса, м; пв — частота вращения
вала землесоса, 1 /с; уг — плотность гидросмеси (пульпы), т/м3.
342
Приближенно Яп= —. (7.85)
У г
Значение выражения 0о/(«в^) определяется для режима,
соответствующего максимальному КПД, и является постоян-
ной величиной для данного землесоса.
Расчет параметров напорного гидротранспорта
по методу ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева
Этот метод применяется для гидравлического транспорти-
рования песчаных, гравийных и галечных грунтов, а также про-
дуктов дробления плотностью 2,6—2,1 т / м3 при средней круп-
ности 0,25—70 мм, при отношении средней крупности dcp к ди-
аметру трубы Dn не менее 0,15 и объемной консистенции So, не
превышающей 0,3. Порядок расчета следующий.
Средневзвешенные значения крупности t/cp, мм, пористости
тср, доли ед., плотности ут. ср, т/м3, и коэффициента транспор-
табельности (рСр породы определяются по формулам:
и
<р =2>(Р,/Ю0; (7.86)
/=1
п
mCP=ZM/10°; <7-87)
/=1
П
Yi.^IXW0; (7-88)
/я!
П
<Pop=S<P,-Pf/1OO> (7.89)
/1
где dh т„ уТ/, Ф/ — среднеарифметические значения соответствен-
но крупности (мм), пористости (доли ед.), плотности (т / м3) и
коэффициента транспортабельности (доли ед.) /-го грунта; Р( —
содержание z-го грунта, %.
Коэффициент разнозернистости грунта определяется по
формуле
/ = з^/^90,
(7.90)
343
где й?ю и dw — диаметр частиц грунта, мм, меньше которых в
составе содержится соответственно 10 и 90 %.
Консистенция твердого в гидросмеси по объему
^=(Yr-Yo)/(YT.cp-Yo)> (791)
где уг и у0 — плотность соответственно гидросмеси и воды, т / м3;
где q — удельный расход воды, м3/ м3.
Критическая скорость движения гидросмеси, м/с, определя-
ется по формуле
КР=8,3 VA . (7.93)
где £>п — диаметр пульпопровода, м.
Удельные гидравлические потери сопротивления /г, м /м, в
пульпопроводах определяются из равенства
/г=Ч+А/> (7.94)
где /о — удельные гидравлические сопротивления (потери на-
пора) в трубопроводе при транспортировании воды, м/м; Д/ —
дополнительные удельные потери напора, обусловленные на-
личием твердых частиц, м/м;
/0=^2/(2gZ)n), (7.95)
где g — ускорение свободного падения (g = 9,81 м / с2); Кд —
действительная (фактическая) скорость движения гидросмеси,
м/с,
Гд =4^/(70^-3600), (7.96)
где Q3 — производительность грунтового насоса (землесосной
станции), м3/ч; — коэффициент гидравлических сопротивле-
ний (значения приведены ниже);
д/=з^Г #(еГЧ1/е;).
(7.97)
344
Значения коэффициента гидравлических сопротивлений
Диаметр
трубопро-
вода, мм...150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800
Хо.........0,0185 0,018 0,01750,01650,016 0,0155 0,0155 0,015 0,01450,014 0,01
Таблица 7.29
Значения коэффициента 8, учитывающего влияние
относительной крупности частиц
100^- Диаметр труб, м
0,1—0,35 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0.9
0,05 0,05 0,051 0,052 0,053 0,054 0,055 0,056
0,1 0,09 0,1 0,11 0,125 0,14 0,15 0,16
0,15 0,12 0,13 0,155 0,18 0,21 0,23 0,25
0,2 0,14 0,17 0,205 0,24 0,27 0,3 0,33
0,3 0,18 0,21 0,26 0,3 0,34 0,375 0,41
0,4 0,215 0,275 0,325 0,37 0,4 0,435 0,475
0,5 0,23 0,305 0,36 0,405 0,44 0,475 0,505
0,6 0,24 0,33 0,38 0,43 0,47 0,505 0,535
0,7 0,247 0,35 0,4 0,45 0,49 0,53 0,56
0,8 0,25 0,365 0,41 0,465 0,51 0,545 0,58
0,9 0,255 0,375 0,42 0,48 0,53 0,565 0,605
1,0 0,26 0,385 0,43 0,49 0,54 0,58 0,615
1,5 0,27 0,402 0,46 0,53 0,58 0,63 0,665
2,0 0,28 0,415 0,47 0,55 0,595 0,65 0,69
2,5 0,285 0,425 0,48 0,565 0,605 0,665 0,705
3,0 0,29 0,43 0,49 0,575 0,62 0,675 0,715
3,5 0,295 0,435 0,5 0,585 0,63 0,68 0,725
4,0 0,3 0,45 0,51 0,595 0,635 0,685 0,73
4,5 0,3 0,45 0,52 0,6 0,64 0,69 0,735
5,0 и более 0,3 0,45 0,53 0,6 0,64 0,69 0,735
Примечание. При 100 dcp/Dn < 0,05 коэффициент 8 = = 100 dcP/£ >п.
345
где Qr кр и б' — соответственно производительность по гидро-
смеси при критической и действительной скорости, м3/ч; 5 —
коэффициент, учитывающий влияние относительной крупно-
сти частиц грунта (d^l Dn), определяемый по табл. 7.29. При
100 dCplDn < 0,05 коэффициент 5 определяется по формуле
8 = 100 dcp/Dn. (7.98)
Значения коэффициента транспортабельности грунта
Крупность
фракции
грунта d,
мм...... 0,015—0,1 0,1—0,25 0,25-0,5 0,5—1 1—2 2—3 3—5 5—10 Более 10
<рср.... 0,02 0,2 ' 0,4 0,8 1,2 1,5 1,8 1,9 2,0
Расчет параметров напорного гидротранспорта
по методу В. С, Кнороза
Этот метод расчета гидротранспорта применяется при транс-
портировании крупнозернистых (d = 0,15 1,5 мм), мелкозер-
нистых (d = 0,07 -г 0,15 мм), пылеватых частиц и отходов обога-
тительных фабрик (d < 0,07 мм).
Критическая скорость, м/с, в зависимости от вышеуказан-
ных частиц определяется по формулам:
при d = 0,15 4-1,5 мм
Икр =0,855^0,35 + 1,36 (7.99)
при d = 0,07 4-0,15 мм
Ккр = 0,255 (1 + 2,48 V?(/Д); (7.100)
при d < 0,07 мм
’^,=0=2(1 + 3,43 (/рДп), (7.101)
где Р — консистенция гидросмеси по массе, %;
Р = 1С.Ьср..Ь.ср юо. (7.102)
7т.ср-Гг Го
Удельное гидравлическое сопротивление, м/м,
4=^(ГГ/Го)- (7.103)
346
Расчет параметров напорного гидротранспорта
по методу В. В. Трашшса
При гидротранспортировании кусковых материалов (кварц,
щебень, гравий, уголь, руда) и их смесей с более мелкими час-
тицами можно пользоваться расчетными формулами:
<7-105)
и /V 1 j р Л»
где ir и io — удельные потери напора при движении соответст-
венно гидросмеси и воды в трубопроводе, м/м,
(7-10б)
где уо и уг — плотность воды и гидросмеси, т/м3; К и Ки —
действительная и критическая скорости гидросмеси, м/с; D
диаметр трубопровода, м; к — эмпирический коэффициент,
(для щебня и гравия к = 1,4, для угля к = 1,9); С — опытный ко-
эффициент, определяемый по формулам
С = О’75ЛЙГ’ (7107)
С = 1-2,4^, (7.108)
где R — содержание в транспортируемой породе, %, класса
крупнее 2 мм; при R = 100 % коэффициент С = 1,0.
При малых значениях С (С < 0,3 -ь 0,4) значения Кр, вычис-
ленные по формуле (7.105), следует увеличивать на 15—20 %.
Коэффициент гидравлических сопротивлений при движении по
трубам чистой воды приведен ниже.
D, мм.. 150 200 250 300 350 400 450 500 600
1....0,0185 0,018 0,0175 0,0165 0,016 0,0155 0,0155 0,015 0,0145
Коэффициент сопротивления 4х при свободном падении в
чистой воде твердой частицы диаметром d (м), плотностью ут со
скоростью К. п (м/с) определяется по формуле
347
(7.109)
При свободном падении в воде частиц породы (кварц)
плотностью 2,4—2,8 г/см3, крупностью более 1,6 мм, угля плот-
ностью примерно 1,3 г/см3, различных руд значения коэффици-
ента рассчитываются по приближенной эмпирической формуле
Т = 0,65
5 0,66
WV1 ‘
(7.110)
По этой формуле для обычного материала россыпей Т =
= 0,6 (табл. 7.30).
Таблица 7.30
Значения ЧИ при свободном падении частиц в чистой воде
Вид гидросмеси Форма частиц Поверхность частиц Коэффициент сопро- тивления Ч' (предель- ные значения)
Уголь, породы раз- личной твердости, крепкие руды Кубообразные, продолговатые Свежедробле- ные 0,5—0,7
Пластинчатые и удлиненные То же 0,85—1,0
Гравий и скатан- ные породы Шарообразные, продолговатые С гладкой по- верхностью 0,22—0,3
Окатанные в потоке 0,4—0,6
Пластинчатые и удлиненные То же 0,8—0,95
Расчет параметров напорного гидротранспорта
по методу А.Е, Смолдырова
(бывш. ИГДим. А.А. Скочинского)
По уточненному методу критическая скорость, м/с, опреде-
ляется для породы крупностью более 2 мм
КР = С ^jfagSD,
(7.111)
348
где С" = 8,5 9,5 — опытная константа (при 5* 0,1 С" = 8,5 * 9);
f — обобщенный коэффициент трения частиц о нижнюю стенку
труб, зависит от характеристики транспортируемой породы;
d ~ 'Ут 'У 0 •
То ’
(7.112)
S — консистенция гидросмеси по объему, определяется по фор-
муле
у —1
= г; (7.113)
YT~1
D — диаметр трубопровода, м.
Для породы крупностью от 0 до 100 мм:
Кр = C'Vgb3 (7.114)
где С— опытная константа, равная 1,85—2,0; Si, S2 и S3 — со-
держание тонких (-0,2 мм), мелких (0,2—2 мм) и крупных (+2
мм) фракций (S = Si + S2 + S3) по объему;
К/п = К. п (1 - a 8)” — скорость стесненного падения частиц; К. п =
= 68 a dcp + Р а — скорость свободного падения частиц мелких
фракций;
₽ = 0,5
(7.116)
и = 5(1-0,2 1gRe), w = 2-i-5;
(7.117)
(7.118)
где v — кинематическая вязкость (для температур t = 10, 15 и
20° значения v соответственно 1,79-10"6; 1,14-10~6; 1,0-10“6 м2/с);
б7ср = ---средневзвешенный размер частиц мелких фракций
349
(0,2—2 мм); Pt — содержание по массе частиц среднего размера
dh %; С — опытная константа (С = 6,5 4-7);/ — обобщенный ко-
эффициент трения для свежеокатанных А и скатанных Б пород.
Коэффициент f для пород: А Б
крепких (типа песчаников).......................0,55—0,5 0,5—0,45
средней крепости (типа известняков).............0,45—0,4 0,4—0,35
слабых (типа сланцев) .......................... 0,4—0,35 0,35—0,3
гравия............................................. — 0,4—0,35
Удельные потери напора при движении гидросмеси по го-
ризонтальным прямолинейным трубопроводам по уточненно-
му методу расчета для транспортирования пород крупностью
более 2 мм
i = i0 + faS,
(7.119)
где iQ — удельные потери напора, м, при движении чистой воды
со скоростью, равной скорости гидросмеси,
X К2
; _ о кд •
0 D2g ’
(7.120)
при транспортировании породы крупностью от 0 до 100 мм
i = k (1 + ) + С,'«, + fatS3,
гд
где С” — опытная константа, значения которой
ниже.
Диаметр труб, м................ 0,15—0,3 0,3—0,5
(7.121)
приведены
0,5—0,7
0,35-0,3
С”...........................Д4—0,45 0,35—0,45
Остальные величины, входящие в формулу (7.121), приведе-
ны ранее.
Гидротранспорт породы по вертикальным и наклонным
трубопроводам возможен при двух режимах:
• со скоростью гидросмеси, значительно превышающей кри-
тическую, т. е. Гц > Г"кр;
• со скоростью, близкой к критической, т. е. Кд « КР.
В вертикальном трубопроводе критической называют ми-
нимальную скорость гидросмеси, при которой твердые части-
350
цы перемещаются всем сечением потока вверх. Критической
скорости соответствуют минимальные удельные потери напора.
Наиболее эффективными считаются скорости, которые равны
или несколько больше критической, но не превышают (1,15*1,2) Кр.
При скоростях Ид > 1,2 Икр гидросмесь, ввиду близкого к рав-
номерному распределению в ней породы, рассматривается как
однородная жидкость плотностью уг > уо. Этим скоростям соот-
ветствует неравенство
у „У”
-^-—^->8, (7.122)
где Кс"„ — скорость стесненного падения частиц.
Режим гидротранспорта с такой скоростью невыгоден из-за
больших гидравлических сопротивлений и допускается в ис-
ключительных случаях (например, увеличение производитель-
ности без замены трубопровода).
С допустимой для практических расчетов точностью тру-
бопроводы с углом наклона менее 60° считают как горизон-
тальные, а свыше 60° — как вертикальные.
При расчете движения гидросмесей с большими скоростями
скорость стесненного падения частиц находится по формуле
K’n=K.»(l-‘S)’0-S)2. (7.123)
8=-^-, (7.124)
где К п — скорость свободного падения частиц;
(7-125)
где б/ср — средневзвешенный диаметр транспортируемых частиц,
подсчитанный на основании фракционного состава:
, _ (7 126)
^р-“1оо~’ (7Л26)
где dt — средний диаметр частиц данной фракции;. Р, —
содержание фракции по массе, %.
351
Скорость стесненного падения средневзвешенной частицы
менее 2 мм находится по формуле
ГЛ=К.В(1 -Я)", (7.127)
где /2 = 5(1- 0,21 1g Re).
Удельные потери напора на трение (при высоких скоро-
стях)
f = /0(l + aS). (7.128)
Для основного режима скоростей критическая скорость вы-
числяется по формуле
V^V^+kJaSgD, (7.129)
где к — опытная константа, граничные значения которой зави-
сят от крупности транспортируемого материала:
Крупность куска, мм .....................-2,0 +2,0—10 +10
к........................................ 2,5 2,5—3,0 3,0—3,5
Удельные потери напора на трение для основного режима
скоростей
2 = 20
l + 10flS
(7.130)
При наличии трассы с вертикальными и горизонтальными
участками следует:
• если вертикальные участки имеют, по сравнению с гори-
зонтальными, малую протяженность — режим работы и пара-
метры транспортирования выбирать по методике расчетов го-
ризонтальных трубопроводов, а влияние вертикальных участ-
ков учитывать при определении напора землесоса;
• если горизонтальные участки имеют малую протяжен-
ность (10—20 м) — расчет вести по методике для вертикальных
трубопроводов.
Режим транспортирования с минимальными потерями в
вертикальной трубе наступает при скоростях, равных 50—80 %
Кр в горизонтальной трубе, причем удельные потери напора на
трение составляют 40—70 % потерь в горизонтальной трубе.
С учетом геодезической разности отметок начала и конца
трубопровода потери напора на трение в прямом трубопроводе
и подъем гидросмеси будут
352
ст ’
г
(7.131)
где = (7.132)
Расчет параметров напорного гидротранспорта
по методу (упрощенный способ), предложенному
проф. Н.Д. Холиным, проф. Г.П. Никоновым,
инж. С. О. Славутским
Он заключается в следующем. По расходу гидросмеси и ее
критической скорости движения определяют необходимый ди-
аметр пульпопровода (табл. 7.31). Затем определяют потери
напора для чистой воды для тех же диаметров трубы и расхо-
дов, умножают их на поправочный коэффициент к, зависящий
от консистенции пульпы.
Таблица 7.31
Значения диаметра пульпопровода и критической скорости
Диаметр Критическая скорость в пульпопроводе, м/с
пульпопрово- А Б В
да, м Глинистые фракции Песчаные фракции с содер- жанием глинистых от 70 до 30 % Песок и гравий с неболь- шим содержанием глини- стых фракций
0,25 1,6 2,0 2,5
0,3 1,8 2,1 2,8
0,35 2,0 2,2 3,0
0,4 2,2 2,4 3,3
0,45 2,3 2,6 3,5
0,5 2,5 3,0 3,8
0,6 2,7 3,2 4,0
Объемная консистенция пульпы (Т: Ж) ......... 1:3 1:5 1:8 1:10 1:12
Коэффициент/: ............................... 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2
Например, нужно определить диаметр пульпопровода и по-
тери напора в нем при транспортировании грунта, представ-
ленного суглинком с содержанием глинистых и пылеватых фрак-
ций 40 % и песчаных — 60 %. Расход пульпы 360 л/с, или при-
близительно 1300 м3/ч. Тогда объемная консистенция пульпы
Т:Ж = 1 :8.
353
Значения потерь напора воды в стальных трубопроводах на 100 м их длины
Расход воды Q Диаметр
200 250 300 350
м3/ч л/с V, м/с 100 /', м 100 /", м V, м/с 100/', м 100/", м V, м/с 100/', м 100/", м К, м/с 100/', м 100/", м
250 69,5 2,21 2,31 2,55 1.42 0,79 0,84 1,0 0,33 0,36 0,73 0,15 0,17
360 100 3,18 4,6 5,07 2,04 1,57 1,74 1,42 0,64 0,71 1,04 0,3 0,33
400 110 3,5 5,47 6,03 2,24 1,84 2,02 1,56 0,78 0,86 1.14 0,36 0,4
450 125 3,98 7,05 7,76 2,55 2,45 2,7 1,77 0,98 1,09 1,3 0,46 0,51
500 140 4,45 8,7 9,6 2,85 2,97 3,28 1,98 1,22 1,34 1,46 0,57 0,63
540 150 4,77 9,93 10,62 3,05 3,38 3,72 2,12 1,38 1,52 1,56 0,65 0,72
600 165 — 3,36 4,04 4,46 2,33 1,66 1,83 1,72 0,79 0,87
720 200 —, — 4,07 5,71 6,3 2,83 2.39 2,64 2,08 1,13 1,24
800 220 — 1' 4,48 7,03 7,75 3,12 2,89 3,19 2,29 1,35 1,49
900 250 — — 5,09 8,88 9,7 3,54 3,68 4,05 2,6 1,72 1.9
1000 1080 280 300 — — 5,7 11,1 12,5 3,96 4,25 4,56 5,11 5,03 5,7 2,92 3,13 2,14 2,44 2,36 2,7
1115 310 — — — — — 4,4 5,54 6,1 3,23 2,61 2,88
1190 330 — —• — 4,67 6,18 6,81 3,44 2,92 3,22
1260 350 — " 1 1 — 4,95 6,94 7,64 3,65 3,28 3,61
1295 360 — 111 —- — 5,1 7,34 8,1 3,75 3,43 3,79
1440 400 — — 1 1' — 5,67 9,00 9,9 4,17 4,23 4,66
1510 420 — — — 1 5,95 9,80 10,8 4,38 4,64 5,1
1680 440 — — —— — —•— 4,57 4,96 5,54
1720 450 — — — — — — —. 4,68 5,25 5,80
1800 500 — — — —— — — -— 5,2 6,4 7,05
2020 560 —. - — — 5,83 7,86 8,76
2160 600 — — — — — — — — —~. 6,24 9,05 9,98
2230 620 — 1 — — — — — — — —-• — —
2380 660 — — —- —• — ——• —
2520 700 — — — -— — ——
2590 720 — — — —, — ——‘ — —
2880 800 — — —- —- — —. —— —— —--
3020 840 — — "" — —— — —
3240 900 • — ——• ——— — —— — — —
3600 1000 — — —— —“ ——• —— — — —
Примечание. Значение i' дано для новых, труб, /" —для труб с 10-летним сроком службы.
1. По табл. 7.31 определяем, что данные грунты относятся к
типу Б, для которых в трубе диаметром 350 мм критическая
скорость составит 2,2 м/с. при диаметре трубы 400 мм критиче-
ская скорость—2,4 м/с, при 450 мм — 2,6 м/с, при 500 мм — 3,0 м/с.
354
Таблица 7,32
шпт ——wiiwir.irr 1.1 ..... .n.mnnnirmq.
трубопровода, мм________________
400 450 500 600 700
V, м/с 100/', м 100/", м Г, м/с 100 /', м 100/", м V, м/с 100 /', м 100 /", м И, м/с 100/', м 100/", м V, м/с 100/', м 100 i". м
.0,65 0,08 0,09 — ——— ——— — — * 1 —
0,80 0,16 0,17 0,63 0,09 0,10 —1 — —— — —
0,88 0,19 0,21 0,69 0,10 0,11 —"» —- — ——— — —
1,00 0,23 0,26 0,79 0,13 0,15 —— ——— — —— —
1,13 0,30 0,34 0,88 0,16 0,18 — — ——— —— — —— — -1—11
1,19 0,34 0,37 0,94 0,19 0,21 — —- —
1,31 0,40 0,44 1,04 0,23 0,25 — — — —— —•—
1,59 0,59 0,65 1,25 0,32 0,36 — — — — —-
1,75 0,70 0,77 1,38 0,39 0,43 — — —~ — —— —
1,99 0,89 0,98 1,57 0,50 0,55 — —- — *-—1 —
2,23 1,09 1,20 1,76 0,62 0,68 — — ——
2.39 1,27 1,40 1,88 0,70 0,77 1,53 0,46 0,51 1,06 0,17 0,19 0,78 0,08 0,09
2,47 1,35 1,49 1,95 0,75 0,83 1,58 0,49 0,54 1,10 0,19 0,20 — ——
2,63 1,52 1,67 2,07 0,84 0,93 1,68 0,55 0,60 1,17 0,21 0,23 0,86 0,10 0,11
2,79 1,70 1,87 2,20 0,95 1,04 1,78 0,61 0,68 1,24 0,23 0,26 0,91 0,11 0,12
2,87 1,78 1,96 2,26 1,00 1,10 1,83 0,65 0,71 1,29 0,27 0,29 0,94 0,11 0,13
3,19 2,19 2,42 2,51 1,22 1,34 2,04 0,80 0,88 1,42 0,30 0,33 1,04 0,14 0,16
3,34 2,39 2,64 2,64 1,34 1,47 2,14 0,87 0,96 1,49 0,33 0,36 1,09 0,16 0,17
3,50 2,62 2,89 2,76 1,36 1,50 2,24 0,95 1,04 1,56 0,36 0,40 1,14 0,16 0,18
3,58 2,72 3,0 2,83 1,52 1,68 2,29 0,99 1,09 1,59 0,37 0,41 1,17 0,18 0,19
3,98 3,34 3,68 3,14 1,86 2,03 2,53 1,20 1,32 1,77 0,46 0,50 1,30 0,21 0,23
4,46 4,14 4,56 3,52 2,30 2,54 2,86 1,50 1,66 2,0 0,48 0,64 1,45 0,26 0,29
4,78 4,73 5,22 3,77 2,63 2,90 3,06 1,72 1,90 2,2 0,64 0,71 1,56 0,30 0,33
4,94 5,05 5,56 3,90 2,80 3,08 3,16 1,82 2,01 2,30 0,69 0,76 1,61 0,32 0,35
5,25 5,74 6,21 4,15 3,16 3,49 2,07 2,22 2,34 2,38 0,86 0,86 1,71 0,35 0,39
5,58 6,36 7,01 4,40 3,53 3,90 3,55 2,30 2,53 2,48 0,87 0,96 1,82 0,41 0,45
5,74 6,68 7,36 4,53 3,72 4,01 3,68 2,44 2,68 2,55 0,95 1,05 1,87 0,43 0,47
6,38 8,18 9,02 5,03 4,55 5,02 4,08 2,97 3,28 2,83 1,12 1,23 2,08 0,52 0,58
6,69 8,94 9,85 5,28 5,02 5,53 4,28 3,26 3,60 2,98 1,23 1,36 2,18 0,57 0,63
7,16 10,2 11,22 5,66 6.28 5,70 6,92 6,27 7,64 4,58 5,10 3,68 4,53 4,06 5,0 3,19 3,64 1,41 1,71 1,55 1,89 2,34 2,60 0,63 0,80 0,72 0,88
2. По табл. 7.32 по известному расходу воды Q = 1300 м2 3/ч
определяем, что в трубе диаметром 350 мм скорость будет
3,75 м/с, при 400 мм — 2,87 м/с и 450 мм — 2,26 м/с.
Таким образом, диаметр 400 мм является максимальным, так
как скорости будут несколько выше критических (2,87 > 2,6).
355
Принимаем для транспортирования диаметр пульпопрово-
да равным 400 мм.
3. По табл. 7.32 находим, что потери напора воды в новых
трубах при их диаметре 400 мм и расходе воды 1300 м/ч соста-
вят 1,78 м.
При Т:Ж = 1:8 поправочный коэффициент составит 1,4. Та-
ким образом, потери напора воды на 100 м длины пульпопро-
вода будут 1,78 • 1,4 = 2,5 м.
При транспортировании тяжелых гравийных пород и осо-
бенно руд потери напора значительно выше, чем при транспор-
тировании вышеуказанных пород, и составляют от 5 до 15 м на
100 м длины транспортирования.
7.8.4. Расчет безнапорного (самотечного) гидротранспорта
Основной целью расчета самотечного гидротранспорта яв-
ляется определение необходимого уклона и параметров лотков
или земляных канав. Перемещение потока гидросмеси проис-
ходит за счет разности отметок между начальной и конечной
точками транспортирования. Основным недостатком этого ви-
да транспорта является ограниченность условий применения
рельефом местности. Порядок расчета безнапорного гидро-
транспорта удобнее представить в виде алгоритма (рис. 7.56).
Условные обозначения к алгоритму расчета самотечного гид-
ротранспорта приведены в табл. 7.33.
Как видно из алгоритма, расчет глубины потока гидросме-
си и критической скорости движения гидросмеси в канаве
(лотке) Ккр зависит соответственно от нескольких возможных
форм лотков и методов расчета Кр.
Исходные данные различных условий применения самотеч-
ного гидротранспорта приведены в табл. 7.34 — 7.43.
Пример необходимых исходных данных для решения зада-
чи самотечного гидротранспорта приведен в табл. 7.44.
Зависимости для определения живого сечения, смоченного
периметра и гидравлического радиуса самотечного гидро-
транспорта при различных формах канав и лотков, по А.И.
Куприну, даны в табл. 7.45.
Рис. 7.56. Алгоритм расчета безнапорного гидротранспорта
356
доходные данные•
Яд; %; Wrm; Afy; /?см; t; НрЛ; fop
6Ц 3; /77/; t?; /7; форма лотна,,
название породы
60Т0Х
Фарма латной или нано&
прямоугольная - ^ж/;
трапецеидальна^ «^а2;
треугольная - гсяК
нруглая при заполнении гидросмесыо
реей трубы - Xtlp
нруглая при частичном .заполнении
гидросмесью трубы - х*р
_j------------------------
X*6*2 fl
Рис. 7.56. Продолжение
ZOTOf
Расчетная формуле фи/пи*№смм оа&/к^&
УролмехамоРра — <^гЛ'
yZ/V. ЦареРсгого - ^~2;
Л С. Ммурооа - ^z2‘,
Pf.P. ЗелиханоЗа -
S, /ПарасоЗа - а3*
к
L
'
/• 1О0
Рф’^Зио Р(1»
1о
/ ш У /ч
2(q232^\fd'f (ш~рУ Г
(гр^б4а \/7 \ц/р1) w
Рис. 7.56. Продолжение
Рис. 7.56. Окончание
Таблица 7.33
Условные обозначения к алгоритму расчета самотечного гидротранспорта
Показатели Единица измерения Обозначение в алгоритме Возможные значения
Годовой объем разрабаты- ваемой горной породы м3/год От тысяч до миллионов
Число рабочих дней в году дни № 130 и более
Число рабочих смен в сутки смены Лем 1; 2; 3
Продолжительность смены ч t 7; 8; 12
Коэффициент использования гидрооборудованием рабо- чего времени доли ед. Kp. в 0,7—0,9
Производительность по гор- ной породе м3/ч HVa От десятков до сотен
Диаметр транспортируемых частиц горной породы мм di, di,.... di В соответствии с грану- лометрическим составом
Содержание /-х частиц % Pl, Pl, -:,Pi »
Средневзвешенный диаметр частиц горных пород мм d »
Количество размеров частиц по грансоставу n' »
Пористость разрабатывае- мых горных пород доли ед. mi, mi,.... mi ——
Содержание разрабатывае- мых видов горных пород в массиве % pf pf pf i | ) 4 2 > 1
Средневзвешенная пористость разрабатываемых горных по- род доли ед. m 0,3—0,6
Плотность разрабатываемых видов горных пород т/м3 Yi-Ъ-Л/ 1,9-2,8
Средневзвешенная плотность горных пород » Y
Гидравлическая крупность транспортируемых частиц горных пород м/с Wi, W1,..., Wi
Средневзвешенная гидравли- ческая крупность транспорти- руемых частиц горных пород » r
Плотность воды, подаваемой на самотечное гидрогранс- портирование т/м3 yo 1
361
Продолжение табл, 7.33
Показатели Единица измерения Обозначение в алгоритме Возможные значения
Удельный расход воды, не- обходимой для самотечного гидротранспортирования м3/м3 Я 3;8; 12; 30
Плотность гидросмеси т/м3 Уг 1,05—1,18
Производительность по ги- дросмеси м3/ч & —
Средневзвешенный диаметр частиц горных пород от наи- более мелких до крупности, составляющей 80 % грансо- става мм ^0—80
Количество размеров частиц, составляющих 80 % грансо- става пород — т' ”
Коэффициент разнозернисто- сти горных пород — а
Диаметр транспортируемой ча- стицы, соответствующей 80 % грансостава горных пород » diw ——
Критическая скорость дви- жения гидросмеси в канаве (лотке) м/с Гкр 1,6—4,5
Угол откоса борта лотка (ка- навы) градус 3 45—80
Глубина потока гидросмеси на уровне потока гидросме- си, обеспечивающая наимень- ший смоченный периметр и наибольшую скорость пото- ка в канаве(лотке) м h Обычно несколько де- сятков сантиметров
Ширина канавы (лотка) по- низу » b —
То же поверху на уровне по- тока гидросмеси » В —
Коэффициент откоса канавы (лотка) mi
Площадь поперечного сече- ния потока гидросмеси м2 СО
Смоченный периметр в ка- наве (лотке) м X —™—
362
Окончание табл. 7.33
Показатели Единица измерения Обозначение в алгоритме Возможные значения
Гидравлический радиус по- тока гидросмеси м R ——
Диаметр лотка из трубы » D 400; 450; 500; 600; 700
Центральный угол трубы, фиксирующий частичное за- полнение трубы гидросме- сью рад <Р 1 рад = 57° 17'45" 1 град= 1,74533- 10~2рад
Содержание твердого в гид- росмеси по отношению к массе воды % Р
Ускорение свободного паде- ния м/с2 8 9,81
Коэффициент, зависящий от свойств транспортируемой горной породы В\
Критерий динамического по- добия Фруда Fr —-
Число «Пи» — it 3,14
Действительная скорость дви- жения гидросмеси в канаве (лотке) м/с Гд •**-“*-’
Показатель степени, завися- щий от гидравлического ра- диуса и коэффициента ше- роховатости У Обычно 5 7
Коэффициент шероховатости бортов и дна канавы (лотка) — п 0,3—0,009
Коэффициент Шези С
Уклон канавы (лотка) доли’ ед. i 0,015 + 0,1
Коэффициент, учитывающий влияние консистенции гид- росмеси » 8 , 0,9—0,98
363
Таблица 7.34
Удельный расход воды при самотечном транспортировании пород
Порода g, м3/м3
Глина 1,0—3,0
Песок мелкозернистый 3,0—3,5
Песок среднезернистый 3,5—4,0
Суглинки 4,5—6,0
Песок крупнозернистый 5,0—6,0
Галька мелкая 6,0—6,5
Галька крупная 6,5—8,0
Таблица 7.35
Значения плотности и пористости горных пород
Порода у, т/м3 т, %
Галька 2,67 30
Гравий 2,65 25—30
Песок 2,65 30—40
Супесь 2,70 40—45
Суглинок 2,71 45—50
Глина 2,75 50—60
Торф 1,6 До 90
Таблица 7.36
Значения коэффициента откоса пц при высоте откоса до 5 м
Высота откоса Н, м Откосы
неукрепленные бетонированные
3 1,5 1,25
3—5 2,0 1,75
Таблица 7.37
Значения коэффициента откоса при высоте откоса менее Юм
Категория породы или вид облицовки wi
Мелкозернистые песчаные породы Супесчаные породы или слабоуплотненные породы Плотная супесь и легкий суглинок Гравелистые и песчано-гравелистые породы Тяжелые суглинки, плотные лёссы и обычные глины Тяжелые плотные глины Различные скальные породы в зависимости от сте- пени выветривания 3,0—3,5 2,0—2,5 1,5—2,0 1,5 1,0—1,5 1,0 0,5—1,0
364
Таблица 7.38
Коэффициент шероховатости п различных поверхностей
Характеристика поверхности п
Деревянные доски:
хорошо оструганные 0,011
неоструганные, пригнанные 0,012
тесовая кладка 0,013
Бетонированные каналы 0,014—0,017
Каналы в плотной земле 0,012—0,02
Земляные каналы в плохом состоянии 0,080
Металлические лотки 0,0118
Гладкие поверхности, покрытые эмалью или глазурью 0,009
Таблица 7.39
Формулы для определения глубины потока, соответствующей
критической скорости
Средневзвешенный диаметр транс- портируемых частиц, мм Расход гидросмеси, м3/с
<7ср 0,07 0,07 < 0,15 0,15 < dcP £ 0,4 0,4 < dcp 1,5 dcp 1,5 а=0,2тйф + 3,43 2г=0,ЗтЛк!(1 + 3,5 £. = 0,2^(0,35 + 2,15 ijPh* ) £. =/и Л2(о,35 + 2,15 3/<р/0,1) ег=тЛ^0,35+2,15^\2 7V1'5)
Значения коэффициента Bi, зависящего от свойств
транспортируемых горных пород
Таблица 7.40
Транспортируемый материал Bi
Песчано-гравелистая смесь, порода 3,85
Рядовой уголь 3,45
Смесь угля и породы 3,49
Крупнокусковой материал (уголь и порода) 2,86
365
Таблица 7.41
Ориентировочная скорость гидросмеси при самотечном гидротранспорте
Глина и суглинки, не образующие при разработке комков Супеси и мелкозер- нистые пески Пески средне- И крупнозернистые Пески крупнозерни- стые с большим со- держанием гравия
</гр = 0,2 мм, М-р = 0,02 м/с </гр^2мм, РКр 2 0,2 м/с <Угр5 5 мм, И-гр 5 0,3 м/с
Кр, м/с Qt, м3/с Кр, м/с Qr, М3/с Иср, м/с <?г, М3/С Кр, м/с Qr, м3/с
1,7 0,082 2,1 0,1 2,5 0,12 3,0 0,14
1,8 0,13 2,2 0,15 2,7 0,185 3,3 0,225
2,1 0,204 2,3 0,23 3,0 0,3 3,5 0,36
2,2 0,275 2,5 0,3 3,3 0,4 3,7 0,45
2,5 0,49 2,7 0,44 3,7 0,6 4,0 0,65
2,7 0,76 2,9 0,55 4,0 0,76 4,5 0,85
— — 3,3 0,89 4,6 1,21 1,95
7аблица 7.42
Ориентировочные уклоны / при самотечном гидротранспорте, доли ед.
Грунт Уклон
лотков и бетонированных канав земляных канав
Глина 0,015—0,0625 0,02—0,03
Песок:
мелкозернистый 0,025—0,03 0,03—0,04
среднезернистый 0,030—0,035 0,04—0,05
крупнозернистый 0,035—0,05 0,05—0,06
Гравий 0,050—0,1 —
Таблица 7.43
Возможные варианты по расчету самотечного гидротранспорта
Вари- ант Транспортируемая порода Плот- ность у, т/м3 Пори- стость т, доли, ед. Средне- взвешен- ный диа- метр d, мм Средневзвешен- ная гидравли- ческая круп- ность И/, см/с Расход твердого РК, м3/ч
1 Глина 2,75 0,5 0,05 0,178 80
2 Суглинок 2,71 0,45 0,1 0,692 100
3 Супесь 2,7 0,4 0,16 1,561 120
4 Песок мелкозернистый 2,66 0,37 0,25 2,17 130
5 Песок среднезернистый 2,65 0,35 0,5 5,4 140
6 Песок крупнозернистый 2,65 0,35 0,7 7,32 150
7 Галька мелкая 2,67 0,3 1,0 9,44 ПО
8 Галька крупная 2,67 0,28 1,5 12,56 100
366
Таблица 7.44
Исходные данные для решения задачи самотечного гидротранспорта
Показатели Единица измерения Обозначение в алгоритме Значения
Годовой объем разрабаты- ваемой горной породы м3 /год И4.п 720 000
Число рабочих дней в году дни Уд 150
Число рабочих смен в сутки смены Лем 3
Продолжительность смены ч 1 8
Коэффициент использования гидрооборудованием рабоче- го времени доли ед. Кр. В 0,8
Диаметр транспортируемых частиц горной породы мм z/i, Л,.... Д 0,05; 0,1; 0,16; 0,25; 0,5; 0,7; 1,0; 1,5
Содержание z-x частиц % Р1, ?2 Л 4; 20; 40; 10; 10;7;3;3
Пористость разрабатываемых горных пород доли ед. mi, m2,.... mt 0,5; 0,45; 0,4; 0,37; 0,35; 0,36; 0,3; 0,28
Содержание разрабатываемых видов горных пород % т; 4; 20; 40; 10; 10;7;3;3
Плотность разрабатываемых видов горных пород т/м3 УЬУ2,.... у, 2,75; 2,71; 2,7; 2,66; 2,65; 2,65; 2,67; 2,67
Гидравлическая крупность тран- спортируемых частиц горных пород м/с ИИ, т,.., W, 0,175; 0,692; 1,561; 2,17; 5,4; 7,32; 9,44; 12,56
Плотность воды т/м3 Уо 1,0
Удельный расход воды м3/м3 <7 6,0
Форма канавы X Трапецеидальная
Угол откоса борта канавы градус Р 75
Диаметр трубы для лотка м D 0,6
Диамегр транспортируемых ча- стиц, соответствующих 80 % грансостава горных пород мм dtw 0,05; 0,1; 0,16; 0,25; 0,5; 0,7
Содержание z-x частиц до Р,8о % Pi, Рг Лео 4; 20; 40; 10; 6
Расчетная формула критиче- ской скорости движения ги- дросмеси " И 2 (А.М. Царевского)
Ускорение свобод ного падения м/с2 g 9,81
Коэффициент шероховатости бортов и дна канавы в зави- симости от формы и назначе- ния канавы доли ед. п 0,02
Коэффициент, учитывающий влияние консистенции гидро- смеси » 8 ПриТ:Ж=1 : 12+1 : 30, 8 = 0,9+0,98
367
Таблица 7.45
Гидравлические радиусы для потоков различной формы (по А.И. Куприну)
Форма потока Живое сечение Смоченный периметр Гидравлический радиус
———СТ"' 1А bh 6+2A bh
ь ; -1- b + 2h
0ШМВ fMWMl п а2 4a a 4
nd2 ltd d
4 4
А‘ 6 '/З 2 -—£) 4 A 36 6 4>/з
а Лк п Tt(£> + <y) 6 2
Л
h.2 L 2Л A(6 + 6tgp)
АР- -/Л. bh + ~- tgP t) 4" sinp ‘g₽(4+sto₽)
d2 V (л-2) 71-5/2+4) d ->/2(71 -2)
4 v ’ VI 4 V2 + 4)
. и 2/ла sina') 7t Ra <na sina^l80
K ЬбО 2 J 180 4360 2 Jira
368
7,8.5. Расчет рабочих параметров грунтовых насосов
Для выполнения расчетов по грунтовым насосам необходи-
мы следующие исходные данные: годовая производительность
установки (карьера или участка) по породе; расстояние транс-
портирования; высота подъема гидросмеси; физико-механиче-
ские свойства разрабатываемых пород (гранулометрический со-
став, пористость, плотность).
Часовая производительность, м3, гидроустановки (карьера
или участка) по гидросмеси определяется по формуле
er=eT[(i-m)+?]. (7.1зз)
где Qr — производительность установки (карьера) по породе
(твердому), м3/ч,
<7-134)
V д см 4
где W — годовая производительность гидроустановки по по-
роде, м3; ЛГд — число рабочих дней в году; лсм — число рабочих
смен в сутки; t — продолжительность смены, ч; т — пористость
разрабатываемых пород, доли ед.; q — удельный расход воды в
зависимости от группы разрабатываемых пород (см. табл. 7.6),
м3/м3.
Необходимое число грунтовых насосов (землесосов) перво-
го подъема (забойных):
где Q3 — производительность землесоса по гидросмеси, м3/ч;
й=йл, (7.136)
где 2з. в — производительность землесоса по воде, м3/ч (по табл.
7.18 — 7.21); уг — плотность гидросмеси, т / м3 [по формуле
(7.92)]; Лв — коэффициент использования землесосов в работе
по времени.
Число гидромониторов на один забойный грунтовой насос
с учетом одного резервного
369
4=^ + 1 > (7.137)
где Nr — число рабочих гидромониторов, необходимых для
разработки заданного объема пород [см. формулу (7.34)].
Ширина заходки, м, землесосной установки
А3=МГАТ, (7.138)
где Аг — ширина заходки гидромонитора, м [см. формулу (7.29)].
Объем породы, м3, отрабатываемой с одной стоянки за-
бойной землесосной установки,
^у=ХДа3, (7.139)
где Ну — высота разрабатываемого уступа, м; а3 — шаг пере-
движки забойной землесосной установки, м [см. формулу (7.31)].
Объем зумпфа, м3, землесосной установки
W, = , (7.140)
где п3 — число землесосов, работающих из одного зумпфа; к3 —
коэффициент запаса объема (к3 = 1,5).
Необходимое число подъемов (от забоя до гидроотвала) по
трассе пульпопровода
ЛГ„=^-, (7.141)
где Нп — необходимый полный напор от зумпфа гидроуста-
новки до выпуска гидросмеси на гидроотвале, м; Н3 — напор
грунтового насоса (землесоса) по гидросмеси, м,
(7.142)
где Нз.в — напор грунтового насоса по воде, м (см. табл. 7.18 —
7.21);
Hn^\c+h'Bc+h, + hu + hx, (7.143)
где hn — потери напора на подъем гидросмеси, м.
370
h„=Z^-, (7.144)
где Z — разность отметок выпуска на гидроотвале и оси грун-
тового насоса, м; у0 — плотность воды, т/м3; Лвс — потери на-
пора на подъем во всасывающем трубопроводе грунтового на-
соса, м
—. (7.145)
ГО
Яве — высота всасывания грунтового насоса, м; hBC — потери
напора на трение во всасывающем патрубке (Л'с» 2 м); А, — по-
тери напора на трение по длине трубопровода, м,
hl=irL, (7.146)
здесь L — длина трубопровода, м; /г — удельные потери напора
при движении гидросмеси, м/м; Ам — местные потери напора, при-
нимаемые равными (0,05 4-0,1) hh т. е. 5—10 % потерь напора
по длине пульпопровода, м; Аос — остаточный напор на конце
пульпопровода (Аос = 3 4- 5 м).
Гидротранспорт по вертикальным трубам. Наклонные и вер-
тикальные трубы встречаются на участках сопряжений плаву-
чего и берегового трубопроводов при возведении плотин, дамб,
насыпей, отвалов, при переходе трубопроводов через шоссей-
ные дороги и железнодорожные пути, при укладке труб по бор-
ту карьера. На обогатительных фабриках гидросмесь (пульпа)
транспортируется на небольшие высоты внутри помещений; в
нефтяной промышленности глинистый раствор транспортиру-
ется по трубным системам на поверхности земли, нагнетается
по бурильным трубам в буровые скважины вниз и поднимается
по кольцевому межтрубному пространству, вынося разбурен-
ную породу вверх иногда на несколько километров.
Имеют место вертикальные и наклонные трубы на подзем-
ных горных работах, где по вертикальным и наклонным ство-
лам осуществляется гидроподъем добытого продукта (уголь)
или спуск по трубам вниз закладочных материалов. В этих слу-
чаях вертикальные и наклонные трубопроводы имеют протя-
женность несколько сотен метров.
371
При рассмотрении кинематической структуры горизонталь-
ного потока гидросмеси была отмечена его асимметрия по от-
ношению к горизонтальному диаметру трубопровода, заклю-
чающаяся в увеличении концентрации твердых частиц в нижних
слоях потока и, следовательно, затормаживании нижних слоев
по сравнению с верхними. Действительная плотность гидросме-
си в горизонтальных трубах больше расходной плотности.
В вертикальных трубах с восходящим потоком, где поток
гидросмеси симметричен, действительная консистенция гидро-
смеси больше расходной в результате стремления твердых час-
тиц падать вниз. Поэтому разница между действительной и рас-
ходной консистенциями будет тем больше, чем крупнее или тя-
желее твердые частицы и чем меньше средняя скорость восхо-
дящего потока.
Вследствие того что в центре потока скорость больше, чем
у стенок трубы, возникает сила, отклоняющая частицы от сте-
нок к центру. Эта сила не настолько значительна, чтобы спо-
собствовать заметному увеличению консистенции в централь-
ной части трубы, но достаточна для того, чтобы отклонить
твердые частицы от стенок. В результате у стенок создается
жидкостный слой, иногда пробиваемый твердыми частицами,
которые получают радиальное движение под действием турбу-
лентного перемешивания конечных масс жидкости с содержа-
щимися в них твердыми частицами. Это обстоятельство обу-
словливает приближенное равенство потерь напора на трение
при движении гидросмесей с зернистой твердой составляющей
по вертикальным трубам и при движении по ним чистой воды с
тем же расходом.
В вертикальных трубах с нисходящим потоком частицы стре-
мятся падать в направлении движения потока, поэтому дейст-
вительная консистенция в таких трубах меньше расходной. Ес-
ли твердые частицы, транспортируемые потоком воды по вер-
тикальным трубам, имеют одинаковые размеры (равные гид-
равлические крупности), то они будут двигаться общим фрон-
том, не обгоняя одна другую. Если же твердые частицы разно-
родны по крупности, то мелкие частицы будут двигаться между
крупными, что может обусловить неравномерность консистен-
ции по высоте трубы.
Обязательным условием для восходящих потоков гидро-
смеси является превышение скорости гидросмеси над гидрав-
372
лической крупностью перемещаемых частиц, т. е. Иг > Ист. Для
восходящих потоков имеем
К > Vr> V™ И FTB= К-
(7.147)
где Кв, Кг и Итв — скорости движения воды, гидросмеси и твер-
дого, м / с; Wd— скорость стесненного падения частиц (гидрав-
лическая крупность), м/с.
А.П. Юфин отмечает, что потери напора на трение при
движении гидросмесей в вертикальных трубах можно прини-
мать равными потерям напора при движении чистой воды по
гладким трубам, так как твердые частицы редко касаются сте-
нок трубы. Между потоком, насыщенным твердыми частица-
ми, и стенками существует жидкостный слой, который и опре-
деляет величину потерь напора на трение. Необходимо отме-
тить, что эта оценка потерь напора на трение в вертикальных
трубах приближенная. С одной стороны, твердые частицы под
воздействием турбулентных пульсаций пробивают этот слой и
касаются иногда твердых стенок, что способствует увеличению
потерь напора при движении гидросмеси по сравнению с дви-
жением чистой воды. С другой стороны, твердые частицы в вер-
тикальном потоке представляют собой своеобразную решетку,
которая ламинизирует поток, в результате чего потери напора
уменьшаются. Эти два фактора противоположны по знаку и в
какой-то степени компенсируют друг, друга, но ничто не свиде-
тельствует об их равенстве, поэтому утверждение, что при верти-
кальном гидротранспорте потери напора на трение равны по-
терям при движении чистой воды по гладким трубам, является
приближенным, приемлемым только для инженерных расчетов.
Потери напора на трение, м, в вертикальных трубах реко-
мендуется определять по формулам А.П. Юфина:
для восходящих трубопроводов
(7.148)
для нисходящих трубопроводов
^нис
1/1-2505-^-.-^-
I V W
(7.149)
где S — консистенция гидросмеси по объему, доли ед.; W —
гидравлическая крупность частиц, м/с; V — скорость движе-
373
ния гидросмеси, м / с; g = 9,8 м / с2; D — диаметр пульпопрово-
да, м.
Для нисходящих вертикальных пульпопроводов имеем
К < Уг < Итв и Кв = К + War. (7.150)
Необходимо иметь в виду, что если определена критическая
скорость для горизонтального трубопровода, то для верти-
кального трубопровода того же диаметра эту скорость можно
не проверять, так как она будет заведомо выше скорости ЙИСТ.
Гидротранспорт по наклонным трубам. Наклонные трубы в
составе гидротранспортных установок встречаются чаще, чем
вертикальные.
Движение гидросмеси по наклонным трубам отличается от
движения гидросмеси по вертикальным и горизонтальным тру-
бам, хотя между ними имеются и общие черты. В наклонных
трубах, в отличие от вертикальных, наблюдается асимметрия в
распределении скоростей и консистенции относительно гори-
зонтального диаметра. По этому признаку наклонные трубы
имеют сходство с горизонтальными.
Вопрос о заилении трубопроводов при гидротранспорте для
наклонных труб оказывается более сложным, чем для горизон-
тальных. Если наклонные трубы имеют угол наклона больший,
чем угол трения транспортируемого материала (в воде), то такие
трубы совсем не заиливаются. Оседающий на дно труб твердый
материал сползает по дну к основанию трубопровода, где вновь
подхватывается потоком при достаточном напоре землесоса, а
если землесос не располагает достаточным давлением, создается
постоянная угроза закупорки наклонного трубопровода. Поэто-
му гидросистемы, имеющие наклонные и вертикальные участки
труб, при остановках должны промываться чистой водой.
Задержка оседающего материала на дне наклонных труб на-
чинается только тогда, когда угол наклона труб равен (вернее, не-
сколько меньше) углу трения. Поскольку при этих, сравнительно
малых углах наклона на твердые частицы действуют все факторы
взвешивания, относящиеся к горизонтальным и вертикальным
потокам, то критическая скорость в наклонных трубах будет
меньше, чем в горизонтальных. В.В. Длоугий рекомендует при-
нимать следующую критическую скорость в наклонных трубах:
КР. я = г cos2a, (7.151)
374
где 7Кр, г — критическая скорость в горизонтальном трубопро-
воде, м/с; а — угол наклона трубопровода, градусы.
Потери напора, м/м,
/г и =|г + (*г-/0)cos а > (7.152)
где 1г — потери напора в горизонтальном трубопроводе по
гидросмеси, м/ м; /0 — потери напора в горизонтальном трубо-
проводе по воде, м/м.
7.9. Трубопроводы
Трубопроводы в гидромеханизации открытых горных ра-
бот служат для транспортирования воды и гидросмеси, они со-
стоят из труб, фасонных частей, арматуры и необходимых из-
мерительных приборов. По своему назначению трубопроводы
разделяются на водоводы и пульпопроводы.
Для изготовления напорных трубопроводов при гидротранс-
порте используют преимущественно стальные трубы различно-
го сортамента.
При эксплуатации напорных пульпопроводов требуется про-
изводить замену пульпопровода при обнаружении истирания
стенок (с учетом профилактического поворачивания труб) до
толщины, определяемой по формуле
5 = PD/2 [о], (7.153)
где Р — максимальное давление гидросмеси (пульпы), МПа; D
— наружный диаметр трубы пульпопровода, см; [о] — допус-
тимое напряжение, принимаемое равным 40 % предела прочно-
сти материала труб, МПа.
Степень износа стенок пульпопроводов следует определять
методом неразрушающего контроля.
Характеристика и назначение стальных электросварных труб
для допускаемых давлений Ру (по ГОСТ 10704—76) приведены в
табл. 7.46.
Различают следующие группы труб:
1 — для неагрессивной и малоагрессивной среды;
2 — для среднеагрессивной среды;
3 — для подземной прокладки в каналах;
4 — для подземной бесканальной прокладки;
5 — для неагрессивной и малоагрессивной среды, соединя-
емые на приварных фланцах;
6 — для среднеагрессивной среды, соединяемые на привар-
ных фланцах.
375
Таблица 7.46
Характеристика стальных электросварных труб
Наружный диа- метр х толщина стенки трубы, мм Масса 1 м трубы, кг Давление Ру, МПа, для труб группы
2 3 4 5 6
108x3 7,77 2,5 — — — ——
108x4,5 10,26 ——- — — — 2,5 —
133x3,5 11,18 2,5 —— —•— — —
133x4 12,73 — — 2,5
426 х 6 62,14 1,6 — — — —
426 x7 72,33 — 0,6 —— 1,6 —-
426x9 92,56 — 1; 1,6 —— — 1,6 1,6
478 x6 69,84 — — — —
478 x7 81,31 —— 0,6 — 1,6 —•
429x6 77,53 1,6 1,6 —,
478 x9 104,09 — 1; 1,6 — — 1,6 1,6
529 x7 90,28 0,6 — 1.6 ——
529 x9 115,62 —— 1; 1,6 • — 1,6 1,6
630 x6 92,33 1.6 — —-
630 x8 122,7 1,6 —— — 1.6
630 x9 137,8 — 0,6; 1 —- 1,6 I
630 х 10 152,9 1,6 — 1,6
720 x8 140,5 1,6 — — 1,6 — -—
720 x9 157,8 — 0,6,1 1,6 —• 1,6 1
720 х 11 192,3 -г- 1,6 — — "— 1,6
820x8 160,2 —— 1,6 — — — —
820 x9 180,0 1,6 0,6; 1 — 1,6 1,6 1.6
820 х 12 239,1 ——- 1,6 — — —— 1,6
920x8 179,9 1,6 — ——• —— -
920 x9 202,2 1.6 1,6 1,6 ~~~ 1.6 0,6
920 х 10 224,4 — 1 —— 1,6 1,6 1
920 х 12 268,7 —- 1,6 — 1,6
1020 x9 224,4 1,6 0,6 — — 1,6 0,6
1020х 10 249,1 — 1 1,6 — — 1
1020х 11 273,7 —— 1.6 1.6
1020х 14 347,3 — 1,6 1,6
1120x9 246,6 1,6 0,6 — 1,6 0,6
1120 х 11 300,8 — 1 —— — — 1
1120 х 14 381,9 1,6 1,6 — —— — 1,6
1220 х 10 298,4 1,6 0,6 —-- — 1,6 0,6
1220х 12 357,5 — 1,0 —— — 1
1220х 14 416,4 — 1,6 — — 1,6
1420 х 10 347,7 0,6; 1 0,6 — 1,6 0,6
1 1420x12 416,7 1.6 1 — —~ I
376
Таблица 7.47
Характеристика стальных электросварных труб со спиральным швом
Наруж- ный дна- метр, мм Масса, кг, 1 м трубы при толщине стенки, мм
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
159 13,62 15,52 — —— " — — — —
219 21,53 26,7 — ——- — — — —.. ~~—
273 — 26,9 33,5 —— —-—• — — —— —
325 — 32,1 40,1 47,9 —— — — —— ——- "Я--— ———
377 37,6 46,8 55,7 ——" — —
426 •— 42,3 52,7 63,1 73,1 84 —— '— — ——
480 47,7 59,5 71,2 83 85 —— —— — — ——
530 —"— 52,7 65,7 78,7 92 105 117 — — ——- —
630 78,2 93,7 109 125 140 155 ——- — 1 11
720 -— — 89,5 107,0 125 143 160 178 ——
820 — — 102 122,3 142,4 163 183 203 223 243 —
920 ——- — — —— — 183 205 228 250 273 —
1020 203 228 253 278 303 ——
1220 — — — ,— 303 333 363 — ——
1420 — — = — — — — — 388 423 458 493
Таблица 7.48
Характеристика стальных катаных труб
Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Теоретическая масса 1 м, кг Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Теоретическая масса 1 м, кг
426 9 92,56 630 10 152,9
10 102,6 12 182,9
12 122,5 720 9 157,81
480 9 104,54 10 175,1
10 115,91 12 209,52
12 138,5 820 9 180,0
530 9 115,64 10 199,8
10 128,24 12 239,12
12 153,3 14 278,28
630 9 137,83
377
Характеристика стальных электросварных труб со спираль-
ным швом (по ГОСТ 8696—74) приведена в табл. 7.47,
Характеристика стальных катаных труб (по ГОСТ 3262—
75) приведена в табл. 7.48.
Характеристика раструбных железобетонных труб (по ГОСТ
12586.0—83; 12586.1—83), изготавливаемых вибропрессованием,
приведена в табл. 7.49.
Характеристика безнапорных железобетонных труб (по
ГОСТ 6482—88) приведена в табл. 7.50.
Таблица 7.49
Характеристика раструбных железобетонных труб
Марка Условный диаметр, мм Толщина стенки, мм Диаметр, мм Масса, кг Полезная длина, мм
раструба буртика
ТН-50-0 TH-50-I TH-50-II 500 55 790 628 1320 5000
ТН-60-0 TH-60-I ТН-60-П 600 65 940 748 1890 5000
TH-80-I ТН-80-П TH-80-III 800 65 1152 948 2480 5000
TH-100-1 TH-100-II ТН-100-Ш 1000 75 1384 1168 3550 5000
TH-120-1 ТН-120-П TH-120-III 1200 85 1660 1390 4950 5000
TH-140-1 ТН-140-П TH-140-III 1400 95 1900 1610 6650 5000
TH-160-1 ТН-160-П ТН-160-Ш 1600 105 2140 1834 8200 5000
Примечание, TH — труба напорная; I, II, III — классы труб.
378
Таблица 7.50
Характеристика безнапорных железобетонных труб
Внутрен- ний диа- метр, мм Толщина стенки, мм Длина, мм Теорети- ческая мас- са 1 м, кг Внутрен- ний диа- метр, мм Толщина стенки, мм Длина, мм Теоретиче- ская мас- са 1 м, кг
400 50 5100 186,3 1000 100 5110 939,3
500 60 5100 274,51 1200 НО 5110 1174,2
600 60 5110 332,7 1400 ПО 5110 1369,9
800 80 5110 587,0 1600 120 5110 1702,5
Таблица 7.51
Характеристика асбестоцементных труб
Диаметр условно- го про- хода, мм Внутренний диа- метр, мм Наруж- ный диа- метр кон- цов, мм Толщина стенок обточенных кон- цов, мм Длина, мм Масса 1 м, кг
ВТ6 ВТ9 ВТ12 ВТ6 ВТ9 BTI2 ВТ6 ВТ9 ВТ12
100 104 100 90 122 9,0 11,0 13,0 2950 7,8 9,2 10,4
150 146 141 135 168 11,0 13,5 16,5 2950 7,8 9,2 10,4
200 196 189 181 224 14,0 17,5 21,5 3950 22,1 26,4 31,2
250 244 235 228 274 15,0 19,5 23,0 3950 28,4 35,9 41,1
300 289 279 270 324 17,5 22,5 27,0 3950 40,2 49,4 57,4
350 334 322 312 373 19,5 26,5 30,5 3950 50,9 63,7 74,0
400 381 368 356 427 23,0 29,5 35,5 3950 68,8 84,7 98,7
500 473 456 441 528 27,5 36,0 43,5 3950 101,6 127,3 149,2
Таблица 7.52
Характеристика раструбных полимержелезобетонных труб
Марка Толщина стенки, мм Диаметр, мм Общая длина, мм
наружный внутренний раструб наружный раструб по буртику
ПТР-300 50 400 414 540 400 5135
ПТР-400 55 510 528 600 523 5165
ПТР-500 55 610 633 770 627 5180
ПТР-600 60 720 743 880 737 5180
ПТР-700 60 820 844 980 838 5180
ПТР-800 65 930 954 1100 917 5180
ПТР-900 70 1010 1064 1220 1055 5180
ПТР-1000 75 1150 1174 1350 1168 5180
ПТР-1200 85 1370 1394 1590 1390 5205
ПТР-1500 НО 1720 1746 1990 1740 5205
379
Характеристика асбестоцементных труб (по ГОСТ 539—80)
приведена в табл. 7.51.
Характеристика раструбных полимержелезобетонных труб
приведена в табл. 7.52.
Характеристика раструбных керамических труб (по ГОСТ
286—82) с резьбовым соединением раструба с концом приведе-
на в табл. 7.53.
Характеристика полиэтиленовых труб высокой плотности
(950 кг/м3, марки ПВП) приведена в табл. 7.54.
Стальные трубопроводы обладают высокой прочностью при
незначительной толщине стенок, имеют меньшую массу, чем же-
лезобетонные. Они удобны при стыковании, установке фасонных
частей, арматуры и приборов. Недостатком стальных трубопро-
водов является их большой износ при транспортировании аб-
разивных пород (песка, гравия, полускальных и скальных пород).
В некоторых случаях в условиях низких давлений могут ис-
пользоваться асбестоцементные трубы.
Трубы из синтетических материалов обладают высокой
прочностью, очень легки и удобны в монтаже и эксплуатации.
Во многих случаях возможна замена металлических труб на
трубы из синтетических материалов.
Таблица 7.53
Характеристика раструбных керамических труб
Диаметр вну- тренний, мм Длина резьбы, мм Раструб Толщина стенки, мм Общая длина, мм
Диаметр внут- ренний, мм Длина, мм
150 ±7 60 224 ±7 60 19 + 4 юоо
200 ±7 60 282 ±7 60 20 ±4 1200
250 ±9 60 340 ±9 60 22 ±4 1200
300 ± 10 60 398 ± 10 60 27 ±4 1200
350 +11 70 456 ± 12 70 28 ±4 1200
400 ± 11 70 510 ± 12 70 30 ±4 1200
450+11 70 568 ± 12 70 34 + 4 1200
500 ± 11 70 622 ± 12 70 36 ±4 1200
550 ± 11 70 678 ± 12 70 39 ±4 1200
1 600 ±12 70 734 ± 13 70 41 ±4 1200
380
Таблица 7.54
Характеристика полиэтиленовых труб
Средний наружный диамегр, мм Легкие (Л), Средней легкости (СЛ), 0,4 МПа Средние (С), 0,6 МПа Тяжелые (Т), 1 МПа
0,25 МПа
Толщи- на, мм Масса, кг Т олщи- на, мм Масса, кг Толщи- на, мм Масса, кг Толщи- на, мм Масса, кг
125 3,1 1,22 4,8 1,84 7,1 2,65 11,4 4,07
140 3,5 1,53 5,8 2,3 7,9 3,3 12,7 5,07
160 3,9 1,95 6,2 3,02 9,1 4,33 14,6 6,66
180 4,4 2,47 7,0 3,87 10,2 5,45 16,4 8,41
200 4,9 3,05 7,7 4,69 11,4 6,77 18,2 10,4
225 5,5 3,84 8,7 5,95 12,8 8,55 20,5 13,1
250 6,1 4,72 9,7 7,36 14,2 10,5 22,8 16,2
280 6,9 5,98 10,8 9,17 15,9 13,2 25,5 20,3
315 7,7 7,49 12,2 11,63 . 17,9 16,7 — —
355 8,7 9,52 13,7 14,72 20,1 21,12 "— —
400 9,8 12,1 15,4 18,6 22,7 26,9
450 11,0 15,2 17,3 23,5 25,5 33,9 —-
500 12,2 18,8 19,3 29,11 — •"" — —
560 13,7 23,6 21,6 36,53 ——1
630 15,4 . 29,8 24,3 46,15 —
Соединение магистральных трубопроводов обычно произ-
водится сваркой, а карьерных — комбинированно. Отдельные
трубы свариваются в плети (12 и 18 м), а плети соединяются
фланцевыми или специальными быстроразъемными соединени-
ями. Наиболее удобными соединениями являются быстроразъ-
емные. Трубопроводы на раструбных быстроразъемных соеди-
нениях можно наращивать краном-трубоукладчиком, не прекра-
щая намыва.
Арматура трубопроводов состоит из задвижек, обратных
клапанов, температурных компенсаторов, вантузов и выпусков
с заглушками.
Задвижки служат для перекрытия (либо открывания) дос-
тупа воды или гидросмеси в ту или иную часть трубопровода.
Обратный клапан устанавливается на пульпопроводах и
водоводах обычно в землесосных станциях для защиты обору-
дования от обратного движения воды или гидросмеси, а также
381
от гидравлического удара. Под гидравлическим ударом пони-
мают резкое увеличение давления в трубопроводах при внезап-
ной остановке движущейся в них жидкости.
Гидравлический удар может иметь место, например, при бы-
стром закрытии различных запорных приспособлений, устанав-
ливаемых на трубопроводах (задвижка, кран), внезапной оста-
новке насосов, перекачивающих жидкость и т. д. Особенно опа-
сен гидравлический удар в длинных трубопроводах, в которых
движутся значительные массы жидкости с большими скоростя-
ми. В этих случаях, если не принять соответствующих предупре-
дительных мер, гидравлический удар может привести к повре-
ждению мест соединений отдельных труб (стыки, фланцы, рас-
трубы), разрыву стенок трубопровода, поломке насосов и т. п.
Явление гидравлического удара возникает в связи с переходом
кинетической энергии движущейся жидкости в потенциальную
энергию давления.
В некоторых случаях давление, возникающее при гидрав-
лическом ударе, в 10—20 раз и более может превышать рабочее
давление жидкости в трубопроводе. Особенно резко ударное
давление возрастает при переходе ударной волны с труб боль-
шого диаметра на трубы малого диаметра. Для борьбы с гид-
равлическими ударами применяются различного рода устрой-
ства, увеличивающие время закрытия задвижек и кранов; на
трубопроводах устанавливаются также воздушные колпаки, ко-
торые располагаются перед задвижками и играют роль своеоб-
разных воздушных буферов, воспринимающих повышенное дав-
ление, автоматически действующие обратные клапаны.
Научно-производственное объединение «Композит» изго-
тавливает гибкие длинномерные эластичные трубопроводы ди-
аметром до 1000 мм. Они представляют собой эластичную обо-
лочку, состоящую из силовых элементов, в качестве которых
используют различные синтетические ткани или волокна, герме-
тизирующего внутреннего покрытия и наружного защитного
слоя, стойких к гидроабразивному износу. Трубопроводы мо-
гут изготавливаться цилиндрическими, плоскосворачиваемыми
и в плавающем варианте; транспортироваться намотанными на
барабан любыми видами транспорта, включая авиацию. В сред-
нем их срок службы в 5—8 раз больше, чем стальных труб.
382
Длинномерность, отсутствие шаровых соединений позво-
ляют использовать эластичные трубопроводы в условиях стес-
ненных русел рек, так как радиус кривизны этих трубопроводов
равен 6—8 его диаметрам. Возможность изготовления эластич-
ных трубопроводов с заданными деформационными характе-
ристиками позволяет перемещать гидросмеси повышенной кон-
центрации с меньшими затратами энергии. Учеными НПО «Ком-
позит» проведена работа по обоснованию возможности исполь-
зования гибких эластичных длинномерных трубопроводов для
подводной добычи конкреций с глубины до 6000 м. Область
применения эластичных трубопроводов — гидромеханизация
горных и строительных работ.
Таблица 7.55
Техническая характеристика резинотканевых трубопроводов
Трубопровод резинотканевый (шифр) Внутренний диа- метр, мм Рабочее дав- ление, МПа Длина, м
Круглого сечения с фланцами, (ТРФ) 65; 76; 200; 300; 426; 530; 820; 920 0,8—1 10
Круглого сечения с фланцами, армированный проволокой, (ТРФ диаметр П) 200;300 1 10
Круглого сечения с фланцами, армированный тросом (ТРФ диаметр Т) 200; 300; 426 2 з 10
Плоскосворачиваемый с флан- цами (ТРПЛФ) 200; 300 1 200
Круглого сечения (ТР) 65; 108; 159; 200; 300; 377; 426; 530; 820; 920 0,8 4 10—200
Плавающий, круглого сечения с фланцами 200; 300; 426 0,8—3 8
Плоскосворачиваемый (ТРП) 200; 300; 500 0,8— 1 Любая
383
7.10. Система гидроотвалообразования
7.10.1. Классификация и емкость гидроотвалов
Гидроотвал — гидротехническое сооружение, где происхо-
дят процессы приема гидросмеси, отделение из нее породы, ос-
ветление и удаление воды. Местоположение гидроотвала вы-
бирают на основании технико-экономического сопоставления
вариантов в увязке с компоновкой сооружений и в зависимости
от топографических, инженерно-геологических и гидрологиче-
ских условий района строительства.
Площадку для гидроотвала выбирают с учетом: взаимного
расположения карьера и гидроотвала как в плане, так и в вы-
сотном отношении; возможности использования безнапорного
и напорно-самотечного гидротранспорта; вопросов оборотно-
го водоснабжения предприятия; требуемого объема гидроотва-
ла; удобства территории для образования емкости гидроотвала
с минимальным объемом ограждающих дамб; безопасности жи-
лых поселков и промышленных предприятий; размеров защит-
ных зон гидроотвала.
При выборе места возведения гидроотвала предпочтение
следует отдавать площадкам, не занятым сельскохозяйственны-
ми угодьями, сложенным слабопроницаемыми грунтами (су-
глинки, глины и др.), с небольшой поверхностью водосбора. Не
следует располагать гидроотвал на площадках, имеющих кар-
стовые образования и оползневые поверхности склонов. После
выбора места под гидроотвал производится соответствующая
подготовка площади к его строительству.
Гидроотвал следует считать построенным, когда создана
начальная емкость (обычно до 5 лет), обеспечивающая укладку
породы на принятый этап отработки, принятую интенсивность
намыва (желательно не превышающую 3—3,5 м), водоосветле-
ние и кругооборот воды.
Классификация гидроотвалов. По месту расположения ги-
дроотвал может устраиваться в естественных водоемах, выра-
ботанных пространствах карьеров, котлованах, долинах, овра-
гах, на косогорах, равнинах. Основанием гидроотвала могут
служить любые породы при условии учета их физико-техно-
логических свойств.
384
В зависимости от высоты намыва гидроотвалы подразде-
ляются на низкие (высотой 10 м), средние (10—30 м) и высокие
(более 30 м). На практике имеют место гидроотвалы высотой
до 100 м.
По степени ответственности гидроотвалы делятся на клас-
сы: особо ответственные (I), ответственные (II) и малоответст-
венные (III) табл. 7.56.
Таблица 7,56
Классы гидроотвалов
Высота гидро- отвала, м Местность Класс капитальности гидроотвала
Благоприятные метеороло- гические условия и равнин- ный рельеф местности при интенсивности намыва в месяц, м Неблагоприятные гидроме- теорологические условия и пересеченный рельеф мест- ности при интенсивности намыва в месяц, м
<2 >2 <2 > 2
>30 Незаселенная I I I I
и заселенная
10-—,30 Заселенная I I I I
Незаселенная II II II II
< 10 Заселенная II II II II
Незаселенная III III III III
Каждый класс гидроотвала включает группы А и Б. Гидро-
отвалы группы А располагаются на косогоре и имеют доста-
точно надежное основание. При них имеется водохранилище.
Гидроотвалы группы Б располагаются на равнинной местно-
сти. При них отсутствует водохранилище. Основание их недос-
таточно надежное.
Для гидроотвалов, расположенных в замкнутых котлова-
нах и в выработанном пространстве карьеров, степень ответст-
венности следует снижать на единицу. К неблагоприятным по
гидрометеорологическим условиям относятся районы, где го-
довое выпадение осадков превышает 600 мм, а годовой сток с
1 км2 более 10 л/с.
По приемной способности гидроотвалы делятся на четыре
категории.
Категория гидроотвала................ I II III IV
Приемная способность гидроотвала,
млн м3/год...........................Свыше 5 2—5 I—2 До 1
385
Данное разделение учитывается при окончательном уста-
новлении класса ответственности гидроотвала по табл. 7.56.
Гидроотвалы в зависимости от пород, из которых возво-
дятся ограждающие дамбы, гранулометрического состава и
плотности пород, укладываемых в гидроотвалы, подразделя-
ются на три типа.
К первому типу относятся гидроотвалы, которые заполня-
ются пылевато-глинистыми и илистыми породами (крупность
частиц менее 0,05 мм), а ограждающие их дамбы возводятся из
привозных пород.
Ко второму типу относятся гидроотвалы, которые запол-
няются преимущественно песчаными и песчано-глинистыми
породами, содержащими более 40 % частиц крупнее 0,05 мм, а
ограждающие их дамбы возводятся из намытых пород.
К третьему типу относятся гидроотвалы, которые запол-
няются преимущественно песчано-глинистыми и глинистыми
породами, в которых преобладают пылеватые фракции, и ог-
раждающие их дамбы возводятся из намытых и привозных по-
род. Третий тип гидроотвалов широко распространен на уголь-
ных карьерах, карьерах строительных материалов и горно-хи-
мического сырья.
Гидроотвалы проектируются на основе технического зада-
ния, содержащего данные о расходе пульпы, подаваемой в гид-
роотвал и наличии в ней твердого компонента, материалы ин-
женерно-геологических изысканий, календарный план вскрыш-
ных работ. Материалы инженерно-геологических изысканий
содержат топографическую карту, на которой возможно раз-
местить гидроотвал (в масштабе 1:10 000 или 1 : 5000), топо-
графический план участка гидроотвала (в масштабе 1 : 2000
или 1:1000) с обозначением геологических выработок и линий
геологических разрезов, гидрологические и гидрометеорологи-
ческие данные (сведения о расходе и уровне воды в водоемах,
паводках, количестве осадков и др.), геологические разрезы по
основанию гидроотвала, данные о физико-технических свойст-
вах пород, укладываемых в гидроотвал (гранулометрический
состав, плотность, влажность, пористость, пределы пластично-
сти, показатель сопротивления сдвигу и сжатию, коэффициент
фильтрации).
386
Подготовительные работы. Под гидроотвал, трубопроводы,
насосную станцию и линию электропередачи должен быть оформ-
лен отвод земли.
Производится подготовка площади под гидроотвал (снятие
растительного слоя, вырубка леса и т. д.). Корчевка пней, уда-
ление кустарника и планировка поверхности на площади ос-
воения не производятся. Растительный слой складывается за
пределами гидроотвала с целью дальнейшего его использова-
ния при рекультивации земель. Производится отсыпка дамб пер-
вичного обвалования.
Сооружаются водосборные колодцы и укладываются водо-
сбросные трубы для отвода осветленной воды. В случае необ-
ходимости строятся водосборные сооружения для сброса ливне-
вых и паводковых вод. Укладка грунта в гидроотвал осуществ-
ляется только после подготовки основания, отсыпки дамб пер-
вичного обвалования и строительства водосборочной системы.
Для обеспечения электроэнергией оборудования и меха-
низмов, а также для освещения территории гидроотвала стро-
ятся линии электропередачи.
Производится монтаж магистральных и разводящих пуль-
попроводов, а также устанавливается телефонная или радио-
связь между участком работы в карьере и гидроотвалом.
Емкость гидроотвалов. Каждый гидроотвал характеризует-
ся емкостью и суточной интенсивностью поступления пульпы.
Емкость гидроотвала слагается из породной емкости, пред-
назначенной для складирования породы, объема пруда-отстой-
ника и дополнительной емкости. В каждом гидроотвале разли-
чают начальную емкость (до 5 лет эксплуатации) и общую (по-
требную) емкость.
В общем случае начальная емкость гидроотвала, м3, опре-
деляется по формуле
+₽^<о.1+Гп + КД, (7.154)
где — объем частиц породы крупнее 0,1 мм, идущих на на-
мыв боковой призмы, м3; И<01 — объем частиц породы крупно-
стью менее 0,1 мм, м3.
387
Потребная (общая) емкость гидроотвала, м3, определяется
по формуле
ГГо=РК+Гп+Гд,
(7.155)
где К. — объем породы в естественном состоянии (целике), по-
даваемой за весь период эксплуатации гидроотвала, м3; р — ко-
эффициент, учитывающий увеличение объема породы при ее
складировании в гидроотвал (принимается по табл. 7.57 для
необводненных грунтов, а для обводненных грунтов равен
1,05-5-1,2); К — объем пруда-отстойника, рассчитывается как
объем отстойника непрерывного действия (ориентировочно мо-
жет приниматься равным 5—15-суточному объему пульпы, по-
даваемой в гидроотвал, м3); Кд — объем дополнительной емко-
сти, которая необходима главным образом для аккумуляции сто-
ка, тяготеющего к гидроотвалу, м3. Надобность, а также размер
дополнительной емкости определяется проектом водоснабже-
ния установок гидромеханизации.
Таблица 7.57
Коэффициент увеличения объема пород
Породы Содержание гли- нистых частиц, % Р Породы Содержание гли- нистых частиц, % р
Глины: Супеси 3—10 1,15—1,05
тяжелые обычные Более 60 30—60 2,0—1,5 1,5 Пески: глинистые ] (|_—।
Суглинки: пылеватые 1,05
тяжелые 20—30 1,5—1,3 Пески — 1,0
средние 15—20 1,3-1,2
легкие 10—15 1,2
Общая, или конечная, емкость гидроотвала зависит от пло-
щади и высоты его намыва. На рис. 7.57 показана зависимость
изменения емкости Иг. 0 =/(Яг) и площади намыва гидроотвала
F=/(Яг) от его высоты Hv.
388
Рис. 7.57. Зависимость ем-
кости Иг.о гидроотвала и
площади F от высоты на-
мыва Яг
7.10,2, Схемы и спосо-
бы намыва гидроотва-
лов
Технология уклад-
ки грунта в гидроот-
вал. В зависимости от
проектной высоты ги-
дроотвала намыв его
может осуществлять-
ся по одноярусной или
многоярусной схеме.
Сущность одно-
ярусной схемы заклю-
чается в том, что ог-
раждающая дамба (дамба обвалования) возводится на полную
высоту, а потом производится намыв гидроотвала путем пере-
мещения трубопровода (пульповода) от ограждающей дамбы в
сторону пруда-отстойника.
Суть многоярусной схемы состоит в том, что ограждающая
дамба возводится не на полную высоту, а до определенной от-
метки, после чего производится заполнение созданной емкости.
После использования созданной емкости продолжается намыв
ограждающей дамбы до определенной отметки и процесс по-
вторяется.
Одноярусная схема намыва применяется в том случае, ко-
гда гидроотвал заполняется пылевато-глинистыми породами,
дамба обвалования возводится из привозных пород на полную
высоту гидроотвала.
Дамбы обвалования делятся на дамбы первичного обвало-
вания и дамбы наращивания (попутного обвалования).
При многоярусной схеме дамбы первичного обвалования и
наращивания с учетом образования прудка заданного объема
сооружаются высотой 3—5 м. Ширина гребня дамб обвалова-
389
ния принимается с учетом условии строительства и эксплуата-
ции гидроотвала, но не менее 2 м, и обычно равна 4—5 м, как
при отсыпке на полную высоту, так и при многоярусной от-
сыпке.
Заложение откосов дамб обвалования зависит от характе-
ристики грунтов, из которых возводятся дамбы, и колеблется
для наружных в пределах 1:1,5—1:3, для внутренних 1:1,5— 1:2.
Значения этих параметров для некоторых карьеров приведены
в табл. 7.58.
Таблица 7.58
Значения откосов дамб
Породы дамбы обвалования Заложение откоса Высота дамбы, м Ширина гребня,м
внутреннего наружного
Суглинок 1 : 1,5 1 :2,5 5 2,5
1:2 1 : 2 10 3
1 :2 1 :3 <: 10 —
1 : 2 1 :3 ^6 5
Суглинок лёссовидный 1 : 1,5 1 : 1,5 <;5 4
Песок разнозернистый 1 : 1,5 1 : 1,75 4 1,5
Песок 1 : 1,5 1 : 2 6—7 —
Дамбы наращивания должны располагаться так, чтобы на-
ружный откос гидроотвала имел заложение не менее чем 1:4,1:5.
Превышение гребня дамбы над статистическим уровнем
воды должно быть достаточным для недопущения перелива и
переплесков воды через гребень.
Превышение гребня над уровнем намываемой поверхности
характеризуется следующими данными.
Класс ответственности гидроотвала . 1(A) 1(E) П(А) П(Б) III
Превышение, м ..................... I 0,85 0,85 0,75 0,7
Дамбы первичного обвалования возводятся из хорошего
дренирующего грунта с коэффициентом фильтрации выше, чем
у грунта, намываемого в гидроотвал в первоначальный период
(до наращивания).
Дамба первичного обвалования обеспечивает обвалование
начальной емкости гидроотвала и фильтрацию из намытого
грунта.
390
Дамбы начального обвалования обычно возводятся из по-
род основания гидроотвала, а иногда из пород, доставляемых
на отвал колесным транспортом. Высота дамбы определяется в
основном по условию оборотного водоснабжения. Осветление
воды в пруду гидроотвала часто принимают при 10—15-суточ-
ном запасе воды в нем, расходуемой забойными установками.
Однако такой запас воды является недостаточно обоснован-
ным.
При выборе пород для отсыпки дамбы, как было уже ска-
зано, необходимо стремиться к тому, чтобы коэффициент фильт-
рации пород дамбы был не меньше, чем у намытых пород, при-
легающих к ней. В случае сооружения дамбы или отдельной ее
части из водопроницаемых пород, когда потери воды на фильт-
рацию из начального прудка превышают допустимые, необхо-
димо с внешней стороны дамбы (со стороны низового откоса)
делать простейшую временную пригрузку из водонепроницае-
мых пород на высоту высачивания. После намыва первого яру-
са эта пригрузка убирается бульдозером.
При объеме гидроотвала до 5 млн м3 предварительный
объем начального обвалования, м3, определяется по формуле
<7-156)
где кн. о — коэффициент начального обвалования (для гидроот-
валов в овраге ки. 0 = 5-И0, на равнинной местности кн. о = 10-5-20,
на косогоре кн. о = 30-5-35).
Если по гребню дамбы начального обвалования проклады-
вается пульпопровод, то ширина гребня устанавливается из ус-
ловия возможности укладки необходимого числа ниток пуль-
попровода и размещения крана-трубоукладчика. Для более вы-
соких дамб, когда обвалование возводится на полную высоту,
последняя определяется согласно техническим условиям возве-
дения земляных плотин. Высота дамбы начального обвалова-
ния должна составлять 3—4 м. Расчетная высота дамбы увели-
чивается на коэффициент усадки, равный 1,15—1,2; 1,1—1,15;
1,05—1,1 соответственно для глинистых пород, супесей, песков
и гравийно-песчаных смесей. Ширина дамбы в верхней части
принимается 3—3,5 м при необходимости прокладки пульпо-
провода по ней и проезда по ее гребню строительных машин и
1—1,5 м без прокладки пульпопровода и проезда машин.
391
Дамбы обвалования возводятся при помощи бульдозеров и
специальными обвалователями или экскаваторами. Если гид-
роотвалы заполняются породой, содержащей частицы крупнее
0,05 мм в количестве более 30 %, дамбы обвалования возводят-
ся по многоярусной схеме из намытого грунта.
Когда гидроотвалы заполняются породой, содержащей
частицы крупнее 0,05 мм в количестве 15—30 %, упорная приз-
ма формируется комбинированным способом: тело призмы на-
мывается, а дамба обвалования возводится из привозных пород
по многоярусной схеме.
В целях предохранения низового откоса от выветривания и
размыва необходимо производить его закрепление путем посе-
ва травы, покрытия дерном.
Способ укладки грунта в гидроотвал зависит от грануло-
метрического состава намываемых грунтов. Различают эста-
кадный, низкоопорный и безэстакадный способы намыва.
Эстакадный способ применяется при намыве мелкозерни-
стых грунтов, т. е. глинистых, суглинистых и супесей, которые
образуют массив непрочный, с медленным нарастанием проч-
ностных свойств, что затрудняет или исключает постоянное на-
хождение на намываемой поверхности людей и механизмов.
Так, грунты, содержащие фракции 0,25 мм и крупнее до 20 %,
укладываются эстакадным способом с эстакадой высотой 3—5 м
(определяется высотой яруса намыва) с рассредоточенным вы-
пуском гидросмеси из отверстий диаметром 150—350 мм, рас-
положенных внизу трубы вертикально, а иногда с наклоном к
дамбе обвалования или же к центру гидроотвала. Отверстия
выпусков бывают с патрубками и без них. Они закрываются за-
движками различной конструкции и расстояние между ними
6—8 м. Расположение отверстий на большом расстоянии, как
показали исследования, нецелесообразно из-за образования зо-
ны отложения мелких частиц между ними (рис. 7.58).
Трубопроводы на эстакадах монтируются специальными
кранами-трубоукладчиками с удлиненной стрелой или же гусе-
ничным краном общестроительного назначения.
Низкоопорный способ на гидроотвалах применяется реже.
Намывной трубопровод укладывается на опорах высотой до
1,5 м. Гидросмесь вытекает сосредоточенно из одного торца в
процессе намыва или сосредоточенно из торцов нескольких ко-
нечных звеньев трубопроводов, смещенных относительно друг
392
друга на 1/3—1/4 поперечного сечения трубы. Для монтажа
трубопровода применяется специальная универсальная маши-
на, которая представляет собой трактор с комплексом необхо-
димого оборудования (рис. 7.59).
Рис. 7.58. Схема эстакадного способа намыва:
/ — дамба обвалования; 2 — трубопровод; 3 — эстакада; 4 — выпуск гидросмеси; 5 —
пляж намыва с уклоном; 6 — проектный откос гидроотвала
Рис. 7.59. Схема низкоопорного способа намыва:
/ --- дамба первичного обвалования; 2 — дамбы последующих обвалований; 3 — опо-
ры; 4 — трубопровод; 5 — выпуск гидросмеси; 6 — проектный откос гидроотвала
393
Рис. 7.60. Схема безэстакадного способа намыва:
] — дамба первичного обвалования; 2 — дамбы последующих обвалований; 3 — тру-
бопровод; 4 — проектный откос гидроотвала
Так как низкоопорный способ намыва применяется для
грунтов, которые допускают проход оборудования по намытой
поверхности, то в условиях гидроотвалов он часто заменяется
безэстакадным способом.
Безэстакадный способ характеризуется простотой примене-
ния и рекомендуется при грунтах, содержащих фракции 0,25 мм
и крупнее более 30 %. Намыв проходит успешно при высокой
концентрации гидросмеси. Гидросмесь подается в отвал непо-
средственно из торца трубы, уложенной на поверхности отва-
ла, и толщина намываемого слоя составляет 0,15—0,6 м (средняя
0,2—0,25 м). Трубопровод монтируют последовательно из
звеньев стальных труб, используя быстроразъемные соединения
(рис. 7.60).
Через торец крайнего звена трубопровода подают гидро-
смесь до тех пор, пока поверхность намытого грунта не дойдет
до подошвы деревянного бруса (толщиной 0,2—0,25 м), на ко-
тором покоится в горизонтальном положении предыдущее зве-
но. На намытый грунт кладут брусья, а на них укладывают зве-
но трубопровода и цикл повторяют.
Путем постепенного наращивания пульпопровода до конца
намываемого участка меняют направление намыва и, отступая,
последовательно снимают звенья трубопровода. Звенья присо-
394
единяют и снимают в процессе намыва. Монтаж и демонтаж
звеньев производят с помощью гусеничного крана грузоподъ-
емностью 3—5 т (трубоукладчик).
С целью осветления воды создают пруды-отстойники, объ-
ем которых должен быть равен 5—15-суточному объему гидро-
смеси, поступающей в гидроотвал из карьера. В случае сброса
осветленной воды в естественный водоем, ее осветление должно
быть практически полным.
Осветленная вода отводится из пруда-отстойника шандор-
ными водосбросными колодцами и водосбросными трубами
или насосной станцией.
Ливневые и паводковые воды должны аккумулироваться в
прудах-отстойниках или сбрасываться через водосбросные ко-
лодцы. В случае необходимости проектом должно быть преду-
смотрено строительство специальных водосбросных сооружений.
Схемы намыва гидроотвалов. В зависимости от рельефа мест-
ности схемы намыва гидроотвалов могут быть в выработанных
пространствах, в оврагах, на косогоре и на равниной местности.
Схема намыва гидроотвала в выработанном карьере являет-
ся наиболее желательной, так как полностью исключает необ-
ходимость устройства дамб обвалования и дает возможность на-
мывать грунты любого грансостава и обеспечивает безопасность
при производстве работ (рис. 7.61).
Намыв осуществляется с одного борта карьера сразу на
полную высоту с постепенным оттеснением пруда-отстойника к
противоположному борту карьера. Насосная станция для от-
качки осветленной воды располагается на противоположной
стороне пруда-отстойника относительно выпуска гидросмеси.
При средне- и крупнозернистых грунтах намыв ведется без-
эстакадным способом с помощью раструбных труб, уклады-
ваемых вдоль фронта намыва.
Исходя из существующих размеров карьерного поля в пла-
не, намыв ведется за несколько параллельных проходов с пере-
мещением их от бортов к продольной или поперечной оси
карьера. Число проходок зависит от размеров карьерного поля
и ширины самой проходки (пляжа намыва).
При укладке грунта с высоким содержанием пылеватых и
глинистых частиц (мелкозернистого) намыв желательно прово-
дить из торцов труб, направленных перпендикулярно бортам
карьера.
395
Рис. 7.61. Схема намыва гидроотвала в выработанном карьере:
у — угол откоса борта карьера; Нк — глубина карьера; 1 — плавучая насосная станция;
2 — водовод; 3 — пруд-отстойник; 4 — пульпопровод; 5 — намытый грунт
Намыв может осуществляться как с одной, так и с обеих
сторон карьера в зависимости от его размеров в плане.
Схема намыва гидроотвала в овраге является очень удобной,
так как дамбы обвалования сооружаются только с одной сто-
роны (рис. 7.62). Заполнение гидроотвала может производиться
следующим образом:
• от ограждающей дамбы (дамбы обвалования) к вершине;
® от вершины или берега к дамбе;
• одновременное или последовательное заполнение как от
дамбы, так и от берегов.
При этом используются безэстакадный и эстакадный спо-
собы намыва.
396
гзгпттгпггг
Рис. 7.62. Схема гидроотвала, расположенного в овраге:
1 — магистральный пульпопровод от земснаряда (землесосной установки); 2 — рас-
пределительный пульпопровод; 3 — выпускные трубы; 4 — оградительная дамба; 5 —
шандорный (водосливный) колодец; 6 — водосбросный коллектор; 7 — последующие
положения колодцев; 8 — водозаборник; 9— насосная станция
Намыв гидроотвалов из средне- и крупнозернистых грун-
тов производится безэстакадным способом с сосредоточенным
выпуском гидросмеси из торца раструбных труб, которые на-
ращиваются краном вдоль дамбы обвалования. Максимальный
слой намыва составляет 0,7—0,8 м. Намыв гидроотвалов из мел-
козернистых грунтов с большим содержанием пылеватых и гли-
нистых фракций производится эстакадным способом. По мере
намыва заданного слоя отверстия для выпуска гидросмеси за-
крываются шиберными задвижками и открываются другие 5—6
отверстий. Максимальная толщина намываемого слоя должна
составлять для суглинков 0,3—0,4 м, а для глин 0,25—0,3 м.
Осветленная вода отводится из пруда-отстойника через шан-
дорные водосборные колодцы, которые устанавливают по дли-
не оврага на разных отметках, и общую для всех колодцев во-
досбросную трубу. По мере приближения грунта к одному ко-
лодцу сброс воды осуществляется следующим колодцем (сту-
пенчатый выброс).
Намыв средне- и крупнозернистых фракций при безэста-
кадном способе от ограждающей дамбы к вершине имеет сле-
дующие достоинства:
• использование намытого грунта для возведения после-
дующего обвалования;
397
• хорошее осветление воды в пруду-отстоинике.
Заполнение гидроотвала к дамбе успешно используется при
безэстакадной подаче гидросмеси большой производительно-
сти и при высоких темпах намыва. При этом создаются благо-
приятные условия для осветления воды. Основным недостат-
ком этого способа является затруднение использования намы-
того грунта для возведения ограждающих дамб.
Комбинированная схема намыва может применяться при
большой длине овражного гидроотвала. Она обеспечивает вы-
сокую интенсивность намыва, полное использование емкости
гидроотвала.
Схема намыва гидроотвала на косогоре применяется при
дамбах обвалования, отсыпанных с трех сторон. Наиболее эф-
фективной конфигурацией отвала в плане является квадрат
(рис. 7.63).
Рис. 7.63. Схема гидроотвала, расположенного на косогоре:
1 — магистральный пульпопровод от землесосной установки; 2 — распределительный
пульпопровод; 3 — выпускные трубы; 4 — граница площади намыва; 5 — дамба обва-
лования; 6—пруд-отстойник; 7 — шандориый (водосливный) колодец; 8 — водосброс-
ный коллектор: 9 — водоотводная канава; 10 — водозаборник; 11 —- насосная станция
398
Намыв гидроотвала из средне- и крупнозернистых грунтов
осуществляется безэстакадным способом. Высота намываемого
слоя при наращивании раструбных труб составляет 0,7—0,8 м.
Намыв гидроотвала из мелкозернистых грунтов с большим
содержанием пылеватых и глинистых частиц производится эс-
такадным способом. Максимальная высота намываемого слоя
должна составлять для суглинков 0,3—0,4 м, а для глин —
0,25—0,3 м.
Возобновление намыва осуществляется через несколько су-
ток (6 суток), т.е. когда влажность грунта на пляже на глубине
0,2 м постигает 20 %.
Намыв гидроотвалов на равнинной местности осуществляет-
ся по кольцу. Конфигурация гидроотвала может быть различной
в зависимости от местных условий. Наиболее выгодной конфи-
гурацией гидроотвала в плане является квадратная (рис. 7.64).
Рис. 7.64. Схема гидроотвала, расположенного на равнинной местности:
1 — магистральный пульпопровод от земснаряда (землесосной установки); 2 — рас-
пределительный пульпопровод; 3 — выпускной (поворотный) пульпопровод; 4 — дам-
ба обвалования (породная); 5 — пруд-отстойник; 6 — шандорный (водосливный) ко-
лодец; 7 — водосбросный подземный коллектор; 8 — водоотводная канава; 9 — водоза-
борник; 10— насосная станция
399
В зависимости от гранулометрического состава укладыва-
ется грунт, намыв может осуществляться безэстакадным, низ-
коопорным или эстакадным способами. Гидросмесь от магист-
рального трубопровода подается в кольцо распределительного
трубопровода. В распределительном трубопроводе устроены
выпуски. Расстояние между выпусками равно 8 м. Намыв дол-
жен вестись таким образом, чтобы пруд-отстойник всегда на-
ходился в центре гидроотвала и никогда не приближался к
дамбе обвалования. Осветленная вода удаляется из пруда-
отстойника через шандорный колодец, который устанавлива-
ется в центре гидроотвала, или откачивается с помощью плаву-
чей насосной станции.
7.10.3. Расчет параметров гидроотвалообразования
Фракционирование пород. Ширина и уклон пляжа намыва
(табл. 7.59), а также физико-механические свойства пород, сла-
гающих пляж, принимаются по гидроотвалам-аналогам с оди-
наковыми способами намыва и складируемыми породами.
Раскладка фракций пород при намыве гидроотвала опре-
деляется приближенным методом (рис. 7.65) (по В.Н. Маслову).
Гранулометрический состав пород гидроотвалов определяется
на внешней грани наружной удерживающей призмы и на гра-
нице ее с прудком.
Суть приближенного метода заключается в следующем. На
график гранулометрического состава в полулогарифмическом
масштабе наносят усредненную кривую породы и переносят ее
на кальку. Задаваясь максимальным диаметром отмываемых ча-
стиц (минимальный диаметр частиц в отмытой породе <4in), со-
ответствующим точке В, кривую, нанесенную на кальку, вра-
щают около точки А до пересечения кривой с горизонтальной
осью в точке В.
Рис. 7.65. График к определению
фракций горной массы:
И — содержание фракций; 1 — кривая
гранулометрического состава горной
массы из карьера; 2 — то же, уложен-
ной в гидроотвал; 3 — то же, уложен-
ной в наружную удерживающую
призму; 4 — то же, уложенной в пруд-
ковую часть гидроотвала
400
Таблица 7.59
Уклоны поверхности намыва
Грунт Уклон поверхности намыва
надводный подводный
Песок:
крупнозернистый 0,15—0,05 0,3—0,2
среднезернистый 0,08—0,05 0,2—0,15
мелкозернистый 0,06—0,02 0,5—0,1
Супесь 0,03—0,01 0,07—0,015
Глина 0,015—0.007 < 0,003
Глина, мел 0,02—0,008 < 0,003
Полученная кривая АВ приближенно будет характеризо-
вать породу после отмыва. С кальки ее переносят на основной
график. На кривую А В наносится точка С, соответствующая
запроектированному содержанию фракций в Прудковой части
гидроотвала. Через точку С проводится вертикаль до пересече-
ния с линией 100 %-ного содержания фракций и с нулевой лини-
ей в точке В. При повороте кривой АВ вокруг точки А до точки
В получим кривую гранулометрического состава породы на-
ружной удерживающей призмы. При повороте кривой АВ во-
круг точки В до точки А получим кривую гранулометрического
состава Прудковой части гидроотвала.
Средний уклон откоса пляжа определяется по формулам:
для песчаных и песчано-гравийных пород при суммарном
содержании пылеватых и глинистых фракций не более 15 %
Y = 0,2 С,1/3
(7.157)
для мелкозернистых пород с содержанием пылеватых и гли-
нистых фракций более 15 %
У = 0,15
д'5 ( W '
g'l1
(7.158)
где qr и #в — удельный расход соответственно твердого и воды
на 1 м фронта намыва, м3/с; Ко — неразмывающая скорость, м/с;
б?5о — крупность фракций, соответствующая 50 %-ному содержанию
401
их в породе, мм; W — гидравлическая крупность частиц, м/с; g
— ускорение свободного падения, м/с2.
С,=^-. (7.159)
«в
При растекании пульпы по длине откоса пляжа удельный
расход твердого и воды определяется по формулам:
<7т
0,8 Q
_____I •
(7.160)
где £ длина участка пляжного откоса от места выпуска
пульпы до уреза прудка (формулы справедливы при L < 200), м;
бтИ бв — расход соответственно по твердому (породе) и воде, м3/с.
Основной задачей расчета является определение пути осаж-
дения частиц, т. е. расстояния, на котором выпадут частицы по-
роды данной массы и размера, а также количества и размера
частиц, которые будут вынесены с отработанной водой.
При выпуске пульпы в прудок отвала частица наряду с со-
хранением движения в направлении потока начинает падать.
Из подобия треугольников составляющих скоростей и рас-
стояний следует, что
r h
° — п °
(7.161)
где V— скорость движения частиц в направлении потока, м/с;
Лп> о — глубина прудка-отстойника, м; Го — вертикальная ско-
рость падения частиц, м/с; L — длина пути осаждения частиц, м.
Из выражения (7.161) получим
Vh
Г = (7.162)
Вертикальную скорость падения частиц в потоке некото-
рые авторы рекомендуют выражать через гидравлическую
крупность. Для расчетов проф. Д.Я. Соколов рекомендует еле-
дующие формулы:
£^=1,18^^; (7.163)
” min
402
V h
£„„„=0,82^
'*max
(7.164)
где Lmax — длина пути осаждения наиболее мелких фракций, м;
Итах — максимальная гидравлическая крупность фракций, м/с;
Дшп — длина пути осаждения наиболее крупных фракций, м;
l^min — минимальная гидравлическая крупность фракций, м/с.
Вертикальная скорость падения частиц, м/с, определяется
по формуле
у =---Sa---
° 3600/>Л/
(7.165)
где бз — подача грунтового насоса, м3/ч; Ьп — средняя ширина
потока гидросмеси, м,
6п = 0,63£о.н, (7.166)
Lq, н — длина откоса намыва, м; hr. п — глубина потока гидро-
смеси на откосе намыва, м.
В результате фракционирования породы длина намыва от
дамбы к пруду-отстойнику состоит как бы из следующих трех
зон (рис. 7.66):
I зона — 0—45 м (грансостав: 2 мм — 95 %; 1 мм — 85 %;
0,5 мм — 75 %; 0,25 мм — 45 %; 0,1 мм — 12 %; 0,05 мм —• 5 %);
II зона — 45—100 м (грансостав: 0,25 мм — 90 %; 0,1 мм —
80 %; 0,05 мм — 70 %; 0,01 мм — 50 %; 0,005 мм — 25 %);
III зона — 100—130 м и более (грансостав: 0,25 мм — 100 %;
0,1 мм — 90 %; 0,05 мм — 80 %; 0,01 мм — 50 %; 0,005 мм — 30 %).
Имеющиеся расчетные физико-механические характеристи-
ки грунта при наращивании гидроотвалов высотой до 30 м
приведены в табл. 7.60 (при укладке глинистых пород).
Отвод осветленной воды. Хотя гидромеханизация является
одним из прогрессивных направлений комплексной механиза-
ции вскрышных работ на карьерах, она может стать причиной
недопустимого загрязнения окружающей среды, если горные ра-
боты не будут сопровождаться водоохранными мероприятиями.
Кроме того, при загрязнении воды твердыми, особенно
кварцевыми взвешенными частицами, быстро изнашиваются де-
403
Рис. 7.66. Зоны намыва гидроотвала в зависимости от грансостава намывае-
мых грунтов (из глинистых грунтов)
Таблица 7.60
Физико-механические характеристики грунта на гидроотвале
Показатели Усредненные значения характеристик
грунта карьера намытого грунта
I зона И зона III зона
Объемная масса, г/см3 1,62 1,6 1,4 0,9
Плотность, г/см3 2,69 2,68 2,7 2,73
Коэффициент пористости 0,66 0,59 0,74 > 1,0
Пористость, % 39,8 37,3 42 71,5
Коэффициент водонасыщения 0,58 0,72 0,91 > 1,0
Консистенция <0 0—0,5 0,75—1,0 > 1,0
Коэффициент 0,41—3,88 0,9 (песок); <0,01 10—5
фильтрации, м/сут 0,28 (суглинки)
Угол внутреннего трения,градус 26 30 4 10 0—3
Сцепление, Па 0,25- 105 (0,01-0,04) 105 (0,2-0,41) IO3 <0,2 - 105
Содержание частиц, %:
d > 0,05 мм 44 74 47 4
<7 = 0,05-М),005 мм 21 17 27 47
d < 0,005 мм 35 9 26 49
404
тали скольжения и рабочие органы водяных насосов. Так, на-
пример, при оборотном водоснабжении для нормальной рабо-
ты центробежных насосов содержание взвешенных веществ в
оборотной воде не должно превышать 500 мг/л.
Наблюдениями на различных гидрокомплексах установле-
но, что концентрация грунтовых частиц в оборотной воде из-
меняется от 0 до 5 г/л, при очень неблагоприятных условиях —
до 20 и совсем редко до 30 г / л. Многолетняя практика приме-
нения оборотного водоснабжения и его организации показала:
• концентрация иловых фракций в воде, поступающей в
насосные установки в количестве 30—40 г / л приводит к неко-
торому снижению КПД насосных установок;
• концентрация твердых частиц в воде, поступающей в на-
сосные установки, в количестве 30—40 г/л вызывает непроиз-
водительный расход электроэнергии за 1 ч работы;
• эффективность осветления сточных вод в отстойниках за-
висит от концентрации илисто-глинистых фракций в гидросме-
си: для осветления технологической воды до концентрации твер-
дого 0,5—1 г / л при содержании в гидросмеси (хвостах) 80 %
илисто-глинистых фракций объем воды в пруду-отстойнике
должен быть не менее 12—19-суточной производительности ги-
дромониторно-землесосных комплексов; при содержании в ги-
дросмеси 60 % илисто-глинистых фракций этот объем должен
быть равен не менее 8,5—14,5-суточной производительности;
при содержании 40 % — 5,5—9,5-суточной производительности
и при 20 % — 3—5-суточной производительности гидравличе-
ских установок.
Пруд-отстойник предназначается для осветления пульпы за
счет осаждения частиц породы и рассчитывается как отстойник
непрерывного действия. Размеры пруда-отстойника, обеспечи-
вающие осаждение частиц заданной крупности, а также распо-
ложение сооружений и устройств для’забора осветленной воды
определяются расчетом.
При расчете пруда-отстойника необходимо учитывать:
• при исходной пульпе, содержащей 60 % и более частиц
крупностью менее 0,1 мм, расчетная глубина зоны осветления
принимается не более 2 м (в этом случае средняя глубина пруда
должна быть не менее 4 м). При пульпе, содержащей 25 % и
405
меньше частиц размером более 0,1 мм, расчетную глубину зоны
осветления можно принимать до 3 м при глубине пруда 5 м;
• ширину потока пульпы при его изливе в пруд-отстойник
следует определять из условия растекания пульпы по пляжу под
углом 90°;
• растекание пульпы в пруду следует принимать под углом
13° на расстояние, равное 2/ 3L, где L — расстояние между ме-
стом поступления пульпы в пруд и водоприемником осветлен-
ной воды. Принимается, что на остальной трети пути поток
пульпы сужается до размеров, определяемых водосливным фрон-
том водоприемника;
• поток принимается одноразмерным со средними скоро-
стями, м/с, по живым сечениям
(7.167)
Л
где Q — расход пульпы при изливе в пруд, м3/с; Fi — площадь
живого сечения, переменная по длине растекания потока, м2.
Расстояние между местом излива пульпы в пруд и водопри-
емником осветленной воды следует делить на несколько расчет-
ных участков:
AEi,^Lt,r (7.168)
На каждом участке движение потока следует полагать рав-
номерным, принимая за счетную площадь живого сечения сред-
нюю из граничных площадей участков.
Глубина опускания расчетной частицы, см, на длине участка
вычисляется по формуле
Д1 W
(7.169)
У т
где Д£,и — длина расчетного участка, см; W — гидравлическая
крупность расчетной частицы грунта, см/с; Vm — скорость дви-
жения потока на m-м участке, см / с; ДА,,, — глубина опускания
частицы на расчетном участке, см.
Полная глубина опускания h частицы в пруду гидроотвала
h = ^Д/v Если по указанному расчету глубина опускания час-
тицы данной крупности оказывается большей или равна глу-
406
бине живого сечения потока, то можно полагать, что она не бу-
дет вынесена потоком осветленной воды.
Режим рабочих горизонтов воды в пруду-отстойнике, коли-
чество оборотной воды, которое можно получить из пруда для
производственного водоснабжения, а также расходы, на которые
должны рассчитываться водосбросные сооружения, следует оп-
ределять гидрологическими и водохозяйственными расчетами.
Осветленная в пруду-отстойнике вода отводится за пределы
гидроотвала самотеком через водосбросные колодцы либо от-
качивается плавучей насосной станцией. Способ отвода освет-
ленной воды в каждом конкретном случае принимается в соот-
ветствии с проектом производственного водоснабжения. Коли-
чество воды, м3, поступающей из пруда-отстойника, определяет-
ся по формуле
ео=еп+ес-е„-еф-еот, (7.по)
где Qn — количество воды, поступающей в гидроотвал вместе с
производственными отходами (принимается по заданию на
проектирование гидроотвала), м3; Qc — количество воды по-
верхностного стока с водосборной площади гидроотвала
(определяется гидрологическими расчетами для года обеспе-
ченностью 90 %), м3; Qh — потери при испарении с поверхности
пруда-отстойника, м3; (?ф — потери воды при фильтрации, м3;
Сот — потери воды при заполнении пор в отвале, м\
О =£„ Г, (7.171)
»от пор с ’ v '
где Лпор — коэффициент, учитывающий пористость пород в от-
вале; К — объем пород, складируемых в течение сезона, м3.
Высота слоя воды, испаряемой в течение месяца, определя-
ется по формуле
Ли=40С, (7.172)
где б/мес — среднемесячный дефицит влажности воздуха, мм.
Потери воды при фильтрации характеризуются следующи-
ми данными.
Дно пруда-отстойника Слой воды,
теряемой за год, м
Водонепроницаемое...................................... 0,5
Среднепроницаемое ............................... 0,5—1
Водопроницаемое................................... I—2
407
Для отвода осветленной воды наибольшее применение по-
лучили два типа шандорных колодцев: деревянный колодец
высотой 6 ми колодец с вертикальной трубой высотой до 30 м.
Водоотводные трубы колодцев высотой до 6 м можно собирать
из асбестоцементных труб. Водоотводные трубы высоких ко-
лодцев собираются из стальных труб, соединенных электро-
сваркой. Диаметр труб выбирается по графику (рис. 7.67).
Водосбросные шандорные колодцы бывают трех типов:
• односекционные, имеющие размер в свету 1 х 1 м и прием-
ную способность 0,45 м3 / с при высоте переливающегося слоя
до 0,15 м;
• двухсекционные, имеющие размер в свету 1 х 2 м и прием-
ную способность 1 м3/с;
• трехсекционные, имеющие размер в свету 1 х 3 м и прием-
ную способность 1,5 м3/с.
Типоразмер водосбросных колодцев выбирается по графи-
ку, приведенному на рис. 7.68.
Конструкция водосбросного колодца изображена на рис. 7.69.
Пропускная способность водосбросных колодцев в зависи-
мости от условий применения следующая: односекционного
колодца — до 0,5 м3/с; двухсекционного — от 0,6 до 1,1 м3/с;
трехсекционного — от 1,1 до 1,5 м3/с.
Рис. 7.67. Графики к выбору диаметра труб водосбросных колодцев:
/, 2, 3, 4, 5 — для труб диаметром соответственно 300, 350, 400, 450, 500 мм; Н». i— на-
пор воды над трубой; Qp, ч— расход воды через трубу
408
Рис. 7.68. Графики к выбору типоразмера водосбросных колодцев:
В-1, В-2, В-3 — соответственно для односекционного, двухсекционного и трехсекцион-
ного колодцев; сплошные кривые соответствуют трехсторонней работе колодца (длин-
ная сторона колодца является нерабочей), пунктирные — четырехсторонней работе
колодца; На. с — высота переливающегося слоя воды; <2к — расход воды через колодец
При наличии плотных пород колодцы могут устанавли-
ваться без забивки свай в породу, но с обязательной пригруз-
кой породой или специальным закреплением против всплыва-
ния. В других грунтах устраивается свайное основание с глуби-
ной забивки свай не менее 2 м. На коренных породах основание
колодцев имеет ряжевую конструкцию.
Число одновременно работающих на площадке намыва ко-
лодцев определяется по формуле
(7.173)
где кп — коэффициент, учитывающий потери воды (кп = 0,8 -г
-г 0,85); QK — расход воды, подаваемой на карте намыва (при-
нимается с запасом, равным общему расходу потока гидросме-
си), м3 / с; Qu. к — расход воды, пропускаемой водосливом ко-
лодца, м3/с.
Число резервных колодцев принимается в зависимости от
класса ответственности гидроотвала и количества поступаю-
щей на гидроотвал пульпы (табл. 7.61).
409
Рис. 7.69. Схема двухсекционного колодца
Таблица 7.61
Число резервных колодцев
Класс ответственности гидроотвала Число резервных колодцев при расчетном числе колодцев
1 2 3
1 2 2 2
II 1 2 2
III (группа А) 1 1 2
Ш (группа Б) 1 1 1
Расход воды, м3/с, сбрасываемой шандорным колодцем,
Q„ = mbHj2gHt , (7.174)
где т — коэффициент расхода (т = 0,3+0,55); b — ширина во-
досливной части колодца, м; Нс — высота слоя сливающейся
воды над стенкой шандора (Нс = 0,1+0,15 м).
Расход воды, м3/с, пропускаемой водосбросной трубой ко-
лодца,
а = Н®727я, (7.175)
где ц — коэффициент расхода при истечении в атмосферу,
|Х=71 + НЧ , (7.176)
здесь /т — длина водосбросной трубы из колодца, м; dr — диа-
метр трубы, м; Л — коэффициент гидравлического сопротивле-
ния, принимается по табл. 7.64; со — площадь поперечного се-
чения водосбросной трубы, м2; Н — напор воды над осью тру-
бы в колодце, м.
Уклон водосбросной трубы, доли ед.
где Ci — коэффициент Шези, зависящий от шероховатости п
трубы (русла) (табл. 7.62, 7.63);
411
Cl=iKly; (7.178)
Л1 — гидравлический радиус трубы, м,
Л, =4; (7.179)
^ = 1,4-77; (7.180)
a> = 0,785rf,2. (7.181)
Таблица 7.62
Значения коэффициента Шези по формуле Павловского
Гидравлический радиус /?, м Коэффициент Ci, м|/2/с, при п
0,011 0,013 0,017 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04
0,05 61,3 48,7 33,2 26,1 18,6 13,9 10,9 8,7
0,06 62,8 50,1 34,4 27,2 19,5 14,7 11,5 9,3
0,07 64,1 51,3 35,5 28,2 20,4 15,5 12,2 9,9
0,08 65,2 52,4 36,4 29 21,1 16,1 12,8 10,3
0,1 67,2 54,3 38,1 30,6 22,4 17,3 13,8 11,2
0,12 68,8 55,8 39,5 32,6 23,5 18,3 14,7 12,1
0,14 70,3 57,2 40,7 33 24,5 19,1 15,4 12,8
0,16 71,5 58,4 41,8 34 25,4 19,9 16,1 13,4
0,18 72,6 49,5 42,7 34,8 26,2 20,6 16,8 14
0,2 73,7 60,4 43,6 35,7 26,9 21,3 17,4 14,5
0,22 74,6 61,3 44,4 36,4 27,6 21,9 17,9 15
0,24 75,5 62,1 45,2 37,1 28,3 22,5 18,5 15,5
0,26 76,3 62,9 45,9 37,8 28,8 23 18,9 16
0,28 77 63,6 46,5 38,4 29,4 23,5 19,4 16,4
0,3 77 64,3 47,2 39 29,9 24 19,9 16,8
0,35 79,3 65,8 48,6 40,3 31,1 25,1 20,9 17,8
0,4 80,8 67,1 49,8 41,5 32,2 26 21,8 18,6
0,45 82 68,4 50,9 42,5 33,1 26,9 22,6 19,4
0,5 83,1 69,5 51,9 43,5 34 27,8 23,4 20,1
0,55 84,1 70,4 52,8 44,4 34,8 28,5 24 20,7
0,6 85,3 71,4 54,2 45,5 35,5 29,2 24,7 21,3
0,65 86 72,2 54,5 45,9 36,2 29,8 25,3 21,9
0,7 86,8 73 55,2 46,6 36,9 30,4 25,8 22,4
412
Окончание табл, 7.62
Гидравлический радиус R, м Коэффициент Ci, м1/2/с, при и
0,011 0,013 0,017 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04
0,8 88,3 74,5 56,5 47,9 38 31,5 26,8 23,4
0,9 89,4 75,5 57,5 48,8 38,9 32,3 27,6 24,1
1 90,9 76,9 58,8 50 40 33,3 28,6 25
1,1 92 78 59,8 50,9 40,9 34,1 29,3 25,7
1,2 93,1 79 60,7 51,1 41,6 34,8 30 26,3
1,3 94 79,9 61,5 52,5 42,3 35,5 30,6 26,9
1,5 95,7 81,5 62,9 53,9 43,6 36,7 31,7 28
1,7 97,3 82,9 64,3 55,1 44,7 37,7 32,7 28,9
2 99,3 84,8 65,9 56,6 46 38,9 33,8 30
2,5 102,1 87,3 68,1 58,7 47,9 40,6 35,4 31,5
3 104,4 89,4 69,8 60,3 49,3 41,9 36,6 32,5
3,5 106,4 91,1 71,3 61,5 50,3 42,8 37,4 33,3
4 108,1 92,6 72,5 62,5 51,2 43,6 38,1 33,9
5 111 95,1 74,2 64,1 52,4 44,6 38,9 34,6
Таблица 7.63
Значения коэффициента шероховатости в формулах
Павловского и Маннинга
Характеристика поверхности п . 1/н
Лучшая цементная штукатурка; обструганные доски; дере- вянные трубы большого диаметра (из клепок) 0,011 90
Стальные грубы большого диаметра с продольным сварным швом; весьма хорошая бетонировка; бетонные и железобе- тонные трубы, собранные из длинных звеньев с выглажен- ной внутренней поверхностью; неоструганные доски, хоро- шо пригнанные 0,012 83,3
Сварные грубы с поперечным клепальным швом; новые чу- гунные трубы; кладка из кирпича, покрытого глазурью 0,013 76,9
Чугунные грубы, бывшие в эксплуатации; бетонные моно- литные трубы, выполненные в деревянных формах; бетони- ровка каналов в средних условиях 0,014 71,4
Кладка из кирпича с хорошо заделанными швами; облицов- ка из тесаного камня в средних условиях 0,015 66,7
Сварные трубы внахлестку в продольном направлении и со- единенные четырьмя рядами заклепок в поперечном направ- лении; клепаные трубы с внутренними накладками; бетон- ные трубы, собранные из коротких звеньев 0,016 62,5
Глинистые грунты; каналы в лёссе, плотном гравии, плотной земле, затянутые илистой пленкой (в нормальном состоянии) 0,02 50
413
Окончание табл. 7.63
Характеристика поверхности п Мп
Каналы и туннели, чисто высеченные в скале (без заметных выступов); гравелистый песок, большие земляные каналы в средних условиях содержания и ремонта и малые — в хоро- ших; булыжная мостовая (без раствора); реки в весьма бла- гоприятных условиях (чистое, прямое в плане, совершенно незасоренное земляное русло со свободным течением) 0,025 40
Русла постоянных водотоков равнинного типа преимущест- венно больших и средних рек в благоприятных условиях со- стояния ложа и течения воды; земляные каналы в плохих ус- ловиях (например, местами с водорослями, булыжником или гравием по дну), каналы и туннели, высеченные в скале без сплошного сглаживания 0,03 33,3
Русла постоянных равнинных рек в обычных условиях, из- вилистые (отмели, промоины, местами камни); правильно, хорошо разработанное галечное русло горных рек в нижнем течении; каналы и туннели, высеченные в скале с грубыми выступами; русла (больших и средних рек), значительно за- соренные, извилистые и частично заросшие, каменистые, с неспокойным течением 0,04 25
Поймы больших и средних рек, сравнительно разработан- ные, покрытые растительностью (трава, кустарники); одно- родная наброска из камни крупностью от 15 до 25 см 0,05 20
Таблица 7.64
Значения коэффициента сопротивления
Трубы Коэффициент Л для труб диаметром, мм
200 250 300 400 500
Новые 0,0258 0,0239 0,0225 0,0205 0,019
Среднеизношенн ые и загрязненные 0,0333 0,0309 0,0291 0,0264 0,024
Водосбросные колодцы должны находиться от места вы-
пуска пульпы на расстоянии, м,
I >21 -Ь
К •— О. П I
(7.182)
где /о. п — длина участка, на котором происходит полное осаж-
дение частиц из пульпы, м,
414
4п=\/1+4> (7.183)
V л
где h — высота намыва относительно уровня воды в пруду-
отстойнике, м; у, — уклон намыва i-й минимальной фракции
грунта, доли ед.; Ьп — ширина рабочей зоны пруда, м.
Минимальное расстояние между водосбросными колодца-
ми принимается равным ZK. Расстояние от водосбросного колод-
ца до основания водоудерживающей призмы должно быть не
менее 5—10 м. При расположении водосбросных колодцев учи-
тывают также направление господствующих ветров с тем, что-
бы направление движения воды к колодцу было бы по возмож-
ности противоположным их направлению. Это необходимо для
сброса наиболее осветленной воды.
В зависимости от рельефа местности водоотводные трубы
водосбросных колодцев могут быть уложены без опор и на
опорах. В первом случае трубы укладывают звеньями длиной
6—12 м непосредственно по поверхности отвала или же в спе-
циальной траншее. Для предупреждения всплывания труб в
первоначальный период ведения намывных работ засыпку труб
рекомендуется производить в соответствии со следующими ре-
комендациями Гипромехпроекта.
Условный диаметр водосбросной
трубы, мм ................... 400 500 600 700 800 900 1000
Ширина засыпки поверху, м .... 0,8 0,9 1,2 1,5 1,8 1,9 2,2
Высота засыпки над верхом трубы, м . 0,2 0,2 0,3 0,4 0,5 0,5 0,6
Плавучие насосные станции целесообразно применять в тех
случаях, когда для установок гидромеханизации требуется сред-
не- и высоконапорная вода. Плавучая насосная станция под-
ключается в береговому водоводу посредством шарнирного пла-
вучего трубопровода, что позволяет осуществлять забор воды
из зоны чистой воды пруда-отстойника. При четырехстороннем
обваловании гидроотвала насосную станцию располагают в цент-
ре пруда-отстойника.
Наименование исходных данных, условные обозначения,
размерность и возможные значения показателей, необходимых
для расчета параметров гидроотвалообразования, приведены в
табл. 7.65.
415
Таблица 7.65
Исходные данные (для учебных целей)
Показатели Единица измерения Условное обозначение Значения возможные
Часовая производительность карьера м3/ч Qr ~ (1—25)103
(гидроучастка) по гидросмеси То же по грунту м3/ч <2<-р ~ 200—1500
Годовая производительность карьера м3 W ~(1—10)106
по породе Число рабочих смен в сутки — Лем 2; 3
Продолжительность смены ч t 12; 8; 7
Средняя пористость грунта доли ед. тСр 0,3—0,6
Удельный расход воды м3/м3 q 3—14
Коэффициент заполнения гидроотвала доли ед. Hi 0,9
Объем стока водосбора м3 Ис 1000—5000
Глубина пруда-отстойника, м hn. о 3—5
зависящая от намываемых пород Гидравлическая крупность частиц: максимальная м/с Ибпах 0,74
минимальная Жпйп 0,44-10"4
Коэффициент расхода в колодце доли ед. т 0,3—0,55
Высота сливающейся воды над стен- м Н 0,1—0,35
кой шандора Ширина водосливной части колодца м ь 1; 2; 3; 4
Коэффициент, учитывающий потери доли ед. кп.п 0,8—0,85
воды Коэффициент шероховатости » X 0,033—0,019
Длина водосбросной трубы из колодца м /т 100—1500
Напор воды над осью водосбросной м Ат -2—3
трубы Коэффициент, зависящий от шерохо- доли ед. п - 0,014
ватости трубы (по Н.Н. Павловскому) Длина откоса намыва м lo.ii 100—150
Интенсивность намыва м/сут А и 0,1—1,0
Производительность грунтового насоса м/ч бз (7—100)102
Глубина потока пульпы на откосе на- м Аг. п 0,1—0,2
мыва Коэффициент, зависящий от места рас- положения гидроотвала: в овраге, выработанном простран- к». о 5—10
стве на равнинной местности — 10—20
на косогоре — 30—35
416
Фильтрация и устойчивость гидроотвалов. Для расчетов
гидроотвалов на фильтрацию необходимо использовать фор-
мулы из СНиПа П-И 4—62. Для определения положения де-
прессионной кривой, фильтрационного расхода и критической
фильтрационной устойчивости гидроотвала в период намыва и
по окончании намываемых работ, а также при решении вопро-
сов целесообразности применения дренажа следует производить
расчет отвалов на фильтрацию.
Расчет на фильтрацию производят для отдельных, наиболее
характерных поперечных сечений тела. Эти расчеты могут быть
выполнены, если во всех зонах поперечного профиля гидроот-
вала будут известны гранулометрический состав намытого грун-
та, объемная масса скелета грунта, коэффициент фильтрации.
Фильтрационный поток в теле гидроотвала подпитывается
в основном за счет воды из свеженамытого слоя в пределах
упорной призмы. Расчеты отвалов на фильтрацию производят
для различных отметок уровня воды в пруду-отстойнике, из
которых наиболее неблагоприятной является отметка, когда от-
мыв гидроотвала завершается и пруд-отстойник занимает наи-
высшее положение. Наиболее высокое положение кривой депрес-
сии будет иметь место при непроницаемом основании.
Положение депрессионной кривой во время намыва опре-
деляется местоположением пруда-отстойника. Минимально до-
пустимое расстояние от уреза пруда-отстойника до бровки на-
ружного откоса, при котором не происходит высачивание фильт-
рационного потока на откос, рекомендуется определять по фор-
муле В.А. Мелентьева (рис. 7.70).
<7.184)
где Яо — высота основания гидроотвала до поверхности рас-
сматриваемого яруса гидроотвала, м; т — отношение горизон-
тальной проекции с кривой депрессии к превышению уровня
воды в пруду над основанием гидроотвала к;
т = ^-, (7.185)
т0 — отношение горизонтальной проекции х наружного отко-
са гидроотвала к его высоте;
™0=А; (7.186)
Л „
417
Рис. 7.70. Схема к определению минимально
допустимого расстояния от уреза пруда-от-
стойника до бровки наружного откоса дам-
бы обвалования:
1 — дамба начального обвалования гидроотвала;
2 — дамба последующего обвалования; 3 — пруд-
отстойник; 4 — пляж намыва гидроотвала; 5 —
депрессионная кривая
7и = 1//кр, (7.187)
где /кр — критический градиент фильт-
рационного потока в массиве гидро-
отвала (табл. 7.66).
Таблица 7,66
Значения градиента фильтрационного потока
Порода Градиент /Кр
Суглинок 0,70
Супесь 0,40
Мелкий песок 0,30
Крупный песок 0,17
Расчет устойчивости внешнего от-
коса гидроотвала состоит в опреде-
лении минимального коэффициента
устойчивости при принятой высоте,
заложении откосов, положений кри-
вой депрессии и геотехнических ха-
рактеристик намываемых грунтов.
Устойчивость следует рассчиты-
вать для наибольших по высоте по-
перечных сечений упорной призмы
при наивысшем уровне воды в пруду-отстойнике.
Минимальный коэффициент запаса устойчивости в зависи-
мости от класса гидроотвала не должен быть ниже указанных в
СНиПе П-И 4—62.
Полученные расчетные значения коэффициента запаса не
должны превышать больше чем на 15 % указанных в табл. 7.67.
418
Таблица 7.67
Значения коэффициентов запаса устойчивости
Нагрузки Коэффициент запаса устойчивости при классе гидроотвала
I II III
Основные 1.3 1,2 1,15
Особые 1.1 1,1 1,05
Устойчивость откосов зависит от высоты и заложения внеш-
них откосов гидроотвалов, размеров зон фракционирования, ге-
отехнических свойств грансоставов отдельных зон гидроотвала
и его основания, а также от положения депрессионной кривой.
При проектировании уклоны внешних откосов гидроотва-
ла можно принимать по табл. 7.68 и затем производят повероч-
ные расчеты устойчивости откоса. Расчеты устойчивости отко-
са рекомендуется проводить по методу круглоцилиндрических
поверхностей сдвига способом весового давления Р.Р. Чугаева.
В случае большого объема текучих грунтов в центральной час-
ти отвала производят поверочный расчет устойчивости откоса с
применением метода ломаных поверхностей скольжения.
Коэффициент запаса устойчивости гидроотвала следует оп-
ределять для наиболее опасной поверхности скольжения, при
которой он имеет минимальное значение.
Анализ аварий на гидроотвалах показывает, что они про-
исходят в основном вследствие усиления фильтрации воды че-
рез массив ограждающей дамбы, оползневых явлений в гидро-
отвале, неисправной работы колодцев, нарушений схем намы-
ва, перелива потока воды через гребень дамбы.
Варианты схем намыва гидроотвалов и отсыпки дамб нара-
щивания для конкретных условий показаны соответственно на
рис. 7.71—7.73.
Таблица 7.68
Значения уклонов внешних откосов гидроотвала
Грунт в карьере Высота гид- роотвала, м При намыве на основание
фильтрующее водоупорное
Внешний от- кос упорной призмы Допустимая интенсив- ность намы- ва, м/мес Внешний от- кос упорной призмы Допустимая интенсив- ность намы- ва, м/мес
Глинистый < 10 1 :3,0 2,5 1 :3,5 2,0
10—-30 1 : 3,5 2,0 1 :4,0 1.5
>30 1 : 4,5 1,0 1 :4,5 1,0
419
Окончание табл. 7.68
Грунт в карьере Высота гид- роотвала, м При намыве на основание
фильтрующее водоупорное
Внешний от- кос упорной призмы Допустимая интенсив- ность намы- ва, м/мес Внешний от- кос упорной призмы Допустимая интенсив- ность намы- ва, м/мес
Суглинок < 10 1 : 2,5 3,0 1 : 3,0 2,5
10—30 1 :3,0 2,0 1 :3,5 2,0
>30 1 :4,0 1,5 1 :4,0 1,5
Супесь < 10 1 : 2,0 6,0—8,0 1 :2,5 4,0—8,0
10—30 1 :2,5 5—6 1 : 3,0 4—6
>30 1 :3,0 3—5 1 :3,5 3—5
Тонкие и <10 1 :2,0 8,0—12 1 : 2,5 6—10
мелкие 10—30 1 :2,5 8—10 1 :3,0 "~"8
пески >30 1 :3,0 6—8 1 : 3,5 4 6
Рис. 7.71. Схема гидроотвала к концу его эксплуатации на ровной местности
(а) и на склоне (б):
1 —дамба обвалования; 2 — шандорный колодец; 3 — отстойник; 4 — водосбросная
труба; 5 — водозаборник; б—опоры для укладки пульпопровода
420
Рис. 7.72. Схема начала намыва гидроотвала и отсыпки дамб наращивания
(обвалования):
/ - дамба первичного обвалования; 2 — гребень дамбы; 3 — пульпопровод; 4 — пат-
рубок выпуска гидросмеси; 5 — пляж намыва; 6 — шандорный колодец; 7 — пруд-
отстойник; 3 - - водовод; 9 — насосная станция; 10 — водозабориик; 11 — опора для
пульпопровода; 12 — водоотводная труба; 13 — дамба наращивания
Рис. 7.73. Схемы гидроотвалов на на-
чало работ:
а — на равнинной местности; б — на скло-
не: в — в овраге; г — вариант конструкции
внешнего откоса гидроотвала; 1 — огра-
ждающая дамба; 2 — пульпопровод; 3 —
патрубок выпуска гидросмеси; 4 — шан-
дорный колодец; 5 — водосбросная труба; 6
— пруд-отстойник; 7 — водозаборник; 8
— насосная станция; 9 — водовод подачи
воды в карьер; 10 — пляж намыва; 11 —
насосная станция подпитки; 12 — водовод
подпитки; 13 — водозаборник для подпитки
7.10.4. Формирование гидроот-
вала в выработанном простран-
стве карьера
Для выполнения требова-
ний экологии, уменьшения на-
носимого вреда окружающей
среде и повышения эффектив-
ности производства необходи-
мо уже на стадии технико-эко-
номического обоснования, тех-
нического проекта и рабочих
чертежей открытой разработки
месторождения рассматривать
возможные варианты техноло-
гических схем горных работ, ко-
торые способствовали бы сни-
жению землеемкости, сокраще-
нию площадей нарушенных уго-
дий и ликвидации пылеобра-
зования.
С целью охраны окружа-
ющей среды, снижения до ми-
нимума землеемкости на карь-
ерах автором рассмотрены воз-
можные варианты размещения
гидроотвалов в выработанных
пространствах. Причем гидроотвалы могут располагаться как
непосредственно на дне выработанного пространства, так и на
сухих отвалах, образованных доставкой вскрышных пород же-
423
Рис. 7.74. Схемы внутреннего гидроотвалообразования на отработанных
(а — в) карьерных полях и на действующих карьерах (г, д):
1 — дно карьера; 2 — намытый грунт; 3 — пульпопровод; 4 — плавучая насосная стан-
ция; 5 — водовод; 6 — пруд-отстойник; 7 — насосная станция откачки дренированной
воды; 8 — сухой внутренний отвал; 9 — водозаборник; 10 — дамба обвалования; 11 —
шандорный колодец; 12 — «зуб»; 13 — водоотводная канава; 14 — полезное ископаемое;
15 — вскрышная порода; 16 — гидромонитор; 17 — зумпф; 18 — грунтовой насос в забое;
19— экскаватор-драглайн; 20 — экскаватор на добыче; 21 — железнодорожный состав
лезнодорожным или автомобильным транспортом, а также ук-
ладкой драглайнами в выработанных пространствах (рис. 7.74).
424
ff
Рис. 7.74. Продолжение
Рис. 7,74. Окончание
При расположении гидроотвалов на сухих породах могут
возникнуть определенные трудности в связи с тем, что породы
основания гидроотвала относятся, как правило, к мягким и мо-
гут быть легко вымыты при фильтрации. Однако при выполне-
нии определенного вида предварительных работ по подготовке
основания (например, кольматаж основания) можно предопре-
делить эффективную работу всего комплекса гидромеханиза-
ции вскрышных работ.
При решении задач внутреннего гидроотвалообразования
можно пользоваться результатами научных исследований, прак-
тических данных и особенно результатами обширного комплек-
са исследований, выполненных в лабораторных, полевых и про-
изводственных условиях Орджоникидзевским ГОКом, Харьков-
ским отделением ВНИИводгео, институтами ВИОГЕМ, НИИСП
и Южгипроруда, а также МГГУ и другими организациями.
Важными требованиями к гидроотвалам и особенно к гид-
роотвалам, расположенным в выработанных пространствах дей-
ствующих карьеров, являются их устойчивость и безаварийная
работа.
426
С целью учета этих требований, характеристик пород осно-
вания гидроотвала и укладываемых пород, особенностей воз-
ведения гидроотвала, материала дамбы обвалования, наличия
Таблица 7.69
Варианты расположения гидроотвалов в выработанных
пространствах карьеров
Условия экс- плуатации гидроотвала Место рас- положения гидроотвала Подстилаю- щие породы гидроотвала Способ под- готовки основания гидроотвала Наличие дамб обва- лования Примечание
Расположен в вырабо- танном простран- стве отра- ботанного карьерно- го поля На дне вы- работан- ного про- странства Водопро- ницаемые Кольматаж Заделка трещин Без устрой- ства дамб обвалова- ния (рис. 7.74, а) 1. Для перехвата воды просачивания гидро- отвала необходимо ус- траивать систему дре- нажей 2. При сооружении дамбы первичного об- валования необходи- мо в нижние слои ее укладывать суглинки, а в верхние — пес- чаную массу, что обе- спечит выполнение не- обходимых функций дамбы как в период укладки грунтов, так и после ее замыва 3. На водопроница- емых породах по оси дамбы первичного об- валования необходи- мо устраивать «зуб»
Водонепро- ницаемые —
На отсы- панных от- валах в вы- работан- ном прост- ранстве Водопро- ницаемые Замачива- ние Обвалова- ние в кон- турах карь- ерного поля (рис. 7.74, б)
Располо- жен в выра- ботанном простран- стве дейст- вующего карьера На дне вы- работан- ного про- странства Водопро- ницаемые Кольматаж Заделка трещин Обвалова- ние со сто- роны рабо- чей зоны карьера (рис. 7.74, г)
Водонепро- ницаемые —
На отсыпа- нных отва- лах в выра- ботанном пространстве Водопро- ницаемые Замачива- ние Обвалова- ние в конту- рах карьер- ного поля (рис. 7.74, д)
Обвалова- ние с частич- ным распо- ложением дамб на не- рабочем бор- ту карьера
427
защиты от подтопления рабочей зоны карьера и других вли-
яющих факторов необходимо проведение ряда работ как в пе-
риод строительства, так и эксплуатации гидроотвалов (табл. 7.69).
Возведение внутреннего гидроотвала на действующем карье-
ре возможно при наличии выработанного пространства опре-
деленной емкости. При внутреннем гидроотвалообразовании
очень важно правильно выбрать положение дамбы начального
обвалования, так как при последующем наращивании гидроот-
вала происходит уменьшение его площади намыва. При этом
необходимо сохранить параметры пруда-отстойника. Поэтому
рекомендуется выбирать наиболее выгодную для конкретных
пород схему сооружения дамб последующего обвалования по
условию максимального угла внешнего откоса гидроотвала и
запаса устойчивости. Заложение внешнего откоса гидроотвала
в зависимости от его высоты может находиться в пределах 1:3,
1:4, 1:5, 1:6и 1:7.
Интенсивность намыва оказывает влияние на устойчивость
дамб как первоначального, так и последующего обвалования.
Предельно плотной укладки грунта можно добиться при ин-
тенсивности намыва до 10 см/сут.
Основными факторами, обусловливающими интенсивность
намыва, являются: характеристика намываемых грунтов, пло-
щадь и высота гидроотвала, водопоглощающая способность
основания гидроотвала, угол заложения внешних откосов гид-
роотвала, способ намыва и консистенция гидросмеси. Кроме
того, интенсивность намыва зависит также и от высоты, на ко-
торой ведется намыв, т. е. с увеличением высоты гидроотвала
интенсивность намыва должна уменьшаться. Интенсивность
намыва может находиться в пределах 1—10 м/год в зависимо-
сти от указанных факторов.
Варианты возможного формирования внутреннего гидро-
отвала при разработке месторождения горизонтального (по-
логого) типа приведены на рис. 7.75.
Рис. 7.75. Схема поэтапного формирования внутреннего гидроотвала при
расположении его на дне карьера
428
’«И*-* w*• IW4W
•RF* *в** ••ИИ»
*mV< «йи «йЪа
7.10.5. Отвалообразование при разработке россыпей
При гидромониторно-землесосных разработках с целью умень-
шения затрат на гидроотвалообразование необходимо стремить-
ся к размещению отвалов в низинах, оврагах, старых выработ-
ках и на косогоре.
Объем отвала во многом зависит от угла его откоса. Для
увеличения расстояния перемещения хвостов от места выпуска
используют хвостовой гидромонитор, бульдозер, направляю-
щие щиты или переносные желоба. В настоящее время в связи с
соблюдением требований Правил охраны поверхностных вод
от загрязнения сточными водами все большее применение на-
ходят схемы работы гидроустановок на оборотном водоснаб-
жении. При оборотном водоснабжении на гидроотвале соору-
жается пруд-отстойник для осветления загрязненной воды. Ги-
дроотвал с прудом-отстойником располагают в оврагах, разре-
зах и долинах небольших речек. Необходимый объем гидроот-
вала определяется по формуле
' о
(7.188)
где цв — коэффициент выноса хвостов (цв = 0*5); р — коэффи-
циент разрыхления пород (р = 1,03*1,15 — для песка и супеси,
р = 1,15*1,5 — для суглинка и глины); ц 0 — коэффициент ис-
пользования объема отвала (т]0 = 0,7*0,8); Wn — объем хвостов
в целике, м3; Ж — объем воды в отстойном пруду, м3; £ — коэф-
фициент совмещения объема пруда с емкостью отвала (% = 0*0,5).
Данная формула пригодна для расчета при прямоточном и
оборотном водоснабжении. При прямоточном водоснабжении
Ж = 0, ат]0 = 1.
Глава 8
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТТАИВАНИЯ
МЕРЗЛЫХ ПОРОД
При разработке россыпей открытым способом оттаивание
многолетне- и сезонномерзлых пород, а также предохранение
талых пород от глубокого сезонного промерзания осуществля-
ются с целью обеспечения условий высокопроизводительного
использования технологического оборудования. Необходимость
проведения этих работ вызывается тем, что преобладающая
часть россыпей в нашей стране сосредоточена в зонах сурового
климата и широкого распространения многолетней мерзлоты,
площадь которой составляет более 10,5 млн км2, т. е. около 47 %
всей территории страны. При этом мерзлые породы местами
имеют значительную мощность. Например, в Читинской обла-
сти она достигает 20 м, в Якутии — 230 м, в бассейне р. Вилюя
— 800 м. Температура мерзлых пород непостоянна. Так, в Яку-
тии она изменяется от -3 до -7 °C.
Относительно суровые климатические условия в большин-
стве районов залегания россыпей обусловливают также глубо-
кое сезонное промерзание поверхности россыпей. Существен-
ное влияние на промерзание пород оказывают температура воз-
духа, ветровой режим, толщина снежного покрова, теплопро-
водность и влажность пород, характер естественного покрова
(трава, кусты, лес, мох, торф, каменистость и др.), уровень грун-
товых вод и другие факторы. В зонах распространения много-
летней мерзлоты оттаявшие за лето породы зимой обычно вновь
промерзают на полную мощность. Эти особенности оказывают
отрицательное влияние на эффективность разработки россыпей
в районах Сибири, Якутии и Северо-Востока, предопределяя
необходимость осуществления специального комплекса меро-
приятий по оттаиванию многолетней и сезонной мерзлоты и
предохранению поверхности россыпи от повторного сезонного
промерзания.
Применяемые на практике способы оттаивания различают-
ся по источникам используемой энергии, виду теплообмена,
технологическим приемам и техническим средствам.
431
Для оттаивания мерзлых пород может служить энергия сол-
нечной радиации, атмосферного воздуха, поверхностных вод,
различных видов топлива, электроэнергия, тепло недр Земли,
энергия ядерных превращений.
Энергия солнечной радиации атмосферного воздуха и есте-
ственно нагретых поверхностных вод (несмотря на кратковре-
менность их использования и низкий потенциал) благодаря сво-
ей доступности и отсутствию затрат на ее создание является ос-
новным источником тепла для оттаивания мерзлых россыпей.
Электроэнергия и различные виды топлива по экономическим
соображениям обычно применяются в небольших объемах толь-
ко в холодный период года. Тепло недр Земли и атомная энергия
пока не используются для оттаивания мерзлых пород, однако в
ближайшей перспективе они могут быть успешно применены для
этой цели. Известные способы оттаивания многолетней мерзло-
ты, область их применения и используемые при этом источники
энергии и технические средства приведены в табл. 8.1.
На приисках наибольшее применение получили способы от-
таивания мерзлых пород, основанные на использовании естест-
венных источников тепла (солнечной радиации и атмосферного
воздуха) и конвективного переноса тепла к массиву пород от
естественных и искусственных теплоносителей.
Естественное оттаивание мерзлых пород, основанное на ре-
гулировании теплового потока, выгодно отличается от других
способов простотой организации работ, сравнительно малыми
затратами и высокой эффективностью оттаивания. В комплексе
с утеплением поверхности россыпи на зиму этот способ широко
применяется для подготовки полигонов.
Способ оттаивания Затраты на оттаивание 1 м3
мерзлых пород, руб.
Естественный с послойным (по мере оттаива-
ния массива) удалением пород бульдозерами'
и предохранением от повторного сезонного
промерзания путем затопления их водой либо
покрытия сухими теплоизоляторами................1,68—8,96
Фильтрационно-дренажный.........................3,36—10,64
Дождевально-дренажный...........................4,48—11,2
Гидроигловой с использованием естественно
нагретой воды.................................... 6,44—22,4
То же горячей воды или пара.....................13,44—32,2
432
Способы оттаивания многолетней мерзлоты
Таблица 8.1
Вид перено- Способы оттаивания с использованием источников энергии
са тепла естественных с применением искусственных комбини-
механических и тех- нологических средств синтетиче- ских покрытий солевых растворов различных видов топлива атомной энергии тепла недр Земли электроэнергии рованных
Теплопро- водность Собственно конвекция Естественное от- таивание и про- стейшая тепловая мелиорация: по- слойное оттаива- ние с периодиче- ским снятием та- лых слоев; поверх- ностная водно-те- пловая мелиора- ция (многолетняя) Гидроигловой, фильтрационно- дренажный, до- ждевальный, ком- бинированный Сезонная и многолет- няя (2—4 го- да) поверх- ностная во- дно-тепло- вая мелио- рация Оттаивание дождевани- ем под плен- кой любым гидравли- ческим спо- собом, с ис- пользовани- ем солнечно- го нагрева- теля Интенсифи- кация есте- ственного оттаивания и размора- живание по- род в холод- ный период Оттаивание го- рячими газами под изоляцией, циркх’ляционны- ми иглами, на- кладными реги- страми, горячим бутом и пожогом Гидроигловой дрен и фильтра] ажный дионно- Оттаивание по- верхностными и глубинными ра- диальными на- гревателями, то- ком регулируе- мого и высоко- го напряжения Электро- оттаива- ние
w
Окончание табл. 8.1
Вид перено- Способы оттаивания с использованием источников энергии
са тепла естественных с применением искусственных комбини-
механических и тех- нологических средств синтетиче- ских покрытий солевых растворов различных видов топлива атомной энергии тепла недр Земли электроэнергии рованных
Тепломас- сообмен с фазовыми переходами теплоноси- теля Парооттаивание — —
Тепловыде- ление непре- рывно рас- пределенных внутренних источников Оттаивание высо ным током низ пряжения и ток мышленной ч кочастот- кого на- :ом про- астоты
При разработке многолетнемерзлых россыпей естественное
оттаивание обеспечивает выполнение основного объема горных
работ. Талый слой накапливается на полигонах, эксплуатация
которых намечается в последующие годы, и в случае мощности
наносов, меньшей глубины сезонного оттаивания пород. Часто
мощность россыпи близка к максимальной мощности естествен-
ного оттаивания. В этом случае необходимо до начала промы-
вочного сезона осуществить мероприятия поверхностной теп-
ловой мелиорации. Простейшие из этих мероприятий — меха-
ническая уборка снежного покрова (что обеспечивает оттаива-
ние галечников в течение мая на глубину 0,7—0,8 м) или зачер-
нение его угольной крошкой, сажей либо шлаком с гравием.
Оптимальный расход угольной крошки — около 300 г/м. Сле-
дует иметь в виду, что чрезмерно ранняя уборка снега способ-
ствует переохлаждению верхних слоев пород. Поэтому в север-
ных районах снег целесообразно убирать во второй половине
апреля.
Весьма заметно скорость оттаивания увеличивается после
удаления растительности, кустарников, мха, почвенного слоя,
мелкозернистых песков. В случае предварительной уборки поч-
венно-растительного слоя галечно-гравийные породы за лет-
ний период успевают оттаять на глубину 2—3 м. Идеальное ис-
пользование тепла солнечной радиации и атмосферного возду-
ха на оттайку имело бы место при непрерывном снятии талого
слоя с поверхности полигона. Однако послойное удаление тон-
ких слоев оттаявших пород бульдозерами малоэффективно.
Толщина талого слоя при бульдозерной выемке должна быть
не менее 0,1 м (особенно, если породы представлены льдона-
сыщенными илами, приобретающими в талом состоянии теку-
чепластичную консистенцию). В этой связи заслуживает боль-
шого внимания технология гидросмыва оттаявших мелкодис-
персных сильнольдистых пород. Это метод характеризуется ма-
лой энергоемкостью размыва и возможностью эффективного
самотечного транспортирования оттаявших песчано-пылева-
тых и илистых пород при соблюдении повышенных требова-
ний к очистке сточных вод.
435
При естественном оттаивании слоя торфяников с линзами
супесей и суглинков мощностью менее 1,5 м следует применять
бульдозерную послойную выемку с солнечным оттаиванием (пре-
имущественно в мае — июне). При большой мощности слоя (бо-
лее 1,5 м) и наличии льдистости в комплексе с послойной буль-
дозерной выемкой целесообразно применять безнапорный гид-
росмыв с попутным кондуктивным оттаиванием пород, смыва-
емых открытым водным потоком (в течение любого летнего ме-
сяца). Для безнапорного размыва и гидросмыва пород можно
применять воду с температурой плюс 0,5 °C и выше. Удель-
ный расход воды (на 1 м породы) при этом зависит от ее тем-
пературы, протяженности фронта размыва, гидравлических ха-
рактеристик потока и практически колеблется в пределах 50—
80 м3.
Применение безнапорного гидросмыва для удаления слоя
многолетнемерзлых торфяников с линзами супесей и суглин-
ков, залегающих над галечно-гравелистыми отложениями, воз-
можно на террасах речных долин с продольным уклоном
0,002 и более при наличии водного потока с расходом не ме-
нее 0,5 м3/с. Ложем потока служат галечники, остающиеся не-
размытыми, одним берегом — размываемые снизу торфяно-
супесчаные породы, а другим — дамба из галечников высо-
той до 1,5 м. По мере отступления размыва дамба, прижи-
мающая поток, перемещается бульдозером. Благодаря этому
русло потока вновь сужается. Рабочий отрезок потока рас-
полагается по ширине полигона, а надвигание потока с дам-
бой происходит по уклону долины. Месячная производитель-
ность гидросмыва при работе одного бульдозера и среднем
расходе воды 1,5 м3/с достигает 30 тыс. м3.
Фильтрационно-дренажное оттаивание мерзлых пород
обеспечивает относительно высокие экономические показа-
тели в тех районах, где температура воздуха характеризуется
суммой более 1000 положительных градусосуток и где име-
ются источники водоснабжения, из которых возможен отбор
воды со средней температурой не ниже 5 °C за 100 сут в пе-
риод летнего сезона. Этим условиям отвечает преобладаю-
436
щее большинство горных рек и крупных ключей Северо-
Востока страны и Восточной Сибири. Однако для оттаива-
ния пород на заданную глубину в ряде случаев одного летнего
сезона бывает недостаточно. Тогда оттаивание продолжается
в течение второго, а нередко и в течение третьего летнего се-
зона.
Комплекс мероприятий по обеспечению фильтрационно-дре-
нажного оттаивания многолетнемерзлых пород организацион-
но представляет собой совокупность горных и гидротехниче-
ских работ, осуществляемых для создания безнапорного фильт-
рационного потока, питаемого в течение теплого периода года
естественно нагретыми водами поверхностных водоемов, по-
ступающими на полигон самотеком по сети заранее проверен-
ных оросительных канав. Возможны также принудительное во-
доснабжение оросительной сети и искусственное понижение уров-
ня воды в устьевой части дренажной системы низконапорными вы-
сокопроизводительными насосами. Теплоносителем служит сво-
бодный горизонтальный фильтрационный поток в толще отта-
иваемых пород, дренируемый затем соответствующими горны-
ми выработками — дренажными канавами. В процессе оттаива-
ния верхняя граница мерзлых пород под действием фильтраци-
онного потока перемещается на глубину, достигая со временем
поверхности коренных или непродуктивных пород (плотика).
С наступлением холодов подача воды на полигон прекра-
щается. Дренажные канавы собирают воду из верхних горизон-
тов талого слоя, осушение которого исключит возможность
образования льдонасыщенных прослоев при сезонном промер-
зании, если уровень грунтовых вод в течение зимнего периода
останется пониженным. В зависимости от гидрогеологических
особенностей россыпи и рельефа местности расположение оро-
сительных (питающих) канав (рис. 8.1) может быть поперечным
односторонним тупиковым, поперечным двусторонним тупи-
ковым, зигзагообразным проточным и продольным проточ-
ным. Тупиковые оросители располагаются на расстоянии 20—
30 м друг от друга перпендикулярно к дренажной канаве. Они в
основном применяются при уклоне полигона более 0,005, на-
правленном параллельно дренажной системе. Глубина тупико-
вых канав должна быть не менее 0,7 м, а слой воды в них — не
437
менее 0,5 м. Питающая канава, как правило, располагается на
расстоянии 10 м от контура площади оттаивания и снабжается
затворами-регуляторами. Продольное оросительные канавы
следует применять в тех случаях, когда уклон поверхности от
оси дренирующей выработки менее 0,005. Глубина направления
таких канав должна быть не менее 0,5 м, что обеспечивается
устройством перепадов.
Потребность в воде для орошения определяется расчетом,
исходя из условий, что в первый период фильтрационный по-
ток на 1 м канавы должен иметь единичный расход 0,3 м3/ч, а в
дальнейшем постепенно он должен возрастать до 5 м3/ ч. Ори-
ентировочно можно принимать, что для оттаивания 1 м3 много-
Рис. 8.1. Схемы расположения канав оросителей при фильтрационно-дренаж-
ном способе оттаивания многолетнемерзлых пород:
а — поперечное одностороннее тупиковое расположение; б — то же, двустороннее; в —
зигзагообразное проточное; г — продольное проточное; 7 — водозаводиая канава; 2 —
шлюз-распределитель; 3 — водоотстойник; 4 — магистральная оросительная канава; 5 —
тупиковые оросительные канавы; б — дренажная канава; 7 — поперечный коллектор
(распределитель); 8 — временные земляные перемычки; 9 — дамба; 10 — поперечные
соединительные канавы; 77 — водонапорная дамба; 12 продольные временные со-
единительные канавы; 13 — граница многолетней мерзлоты; 14 — промышленный
контур россыпи
438
летнемерзлых галечно-гравелистых пород расходуется в сред-
нем от 8 до 13 м3 воды с температурой около 7 °C при загряз-
ненности не более 0,5 кг/м3. Для увеличения скорости оттаива-
ния целесообразно применять подогрев воды в прудах-нагре-
вателях (отстойниках). Примерная норма для определения раз-
меров пруда равна 20 м2 площади водного зеркала на 1 м3/ ч
расхода воды. Глубина пруда должна быть не менее 0,5 м.
Дождевально-дренажный способ оттаивания мерзлоты яв-
ляется разновидностью фильтрационно-дренажного способа.
В зависимости от рельефа местности, условий теплообмена,
приемов орошения и дренирования применяются следующие
виды дождевально-дренажного способа оттаивания (рис. 8.2):
• оттаивание пород в целике на горизонтальных участках с
использованием дренирующей выработки;
• оттаивание пород в целике на наклонных участках без
применения глубоких дренирующих выработок;
® оттаивание многолетнемерзлых конусообразных отвалов
водопроницаемых и малонасыщенных льдом пород;
• оттаивание льдонасыщенных пород дождеванием обо-
ротной водой с откачкой ее из дренажного колодца;
• оттаивание пород со слабой водопроницаемостью длин-
ноструйным дождеванием с послойным удалением оттаявших
слоев.
Дождевально-дренажный способ оттаивания может приме-
няться для подготовки многолетне- и сезонномерзлых пород в
период летнего потепления, т. е. с момента перехода среднесу-
точной температуры воздуха через 0 °C (весной) и до момента
ее понижения до О °C (осенью). При этом допускается исполь-
зование любого из перечисленных видов оттаивания для галеч-
ных, гравелистых и песчаных пород в естественном залегании
(в целике) при коэффициенте фильтрации не менее 50 м/сут. От-
таивание же отвалов возможно при коэффициенте фильтрации
не менее 20 м/сут. В случае меньшей водопроницаемости пород
оттаивание дождеванием возможно при условии систематиче-
ского удаления оттаявших слоев.
При оттаивании целиковых пород естественного залегания
на полигоне проводятся подготовительные работы. С поверх-
ности за контур полигона удаляются почвенно-растительный
слой и покровные торфяно-илистые и супесчаные породы. Пло-
хая зачистка водопроницаемых гравийно-галечных пород резко
439
Контуй
Рис. 8.2. Схемы дождевально-дренажного оттаивания на горизонтальном уча-
стке (а), склоне (б), старых отвалах (в), с послойным удалением оттаявших
пород при длинноструйном дождевании (г):
/ — отвал; 2 — перемещенные оттаявшие породы; 3 — дождевальная передвижная ма-
шина; 4 — верхняя граница мерзлых пород; 5 — граница мерзлых пород в конечный
момент; 6 — насос
ухудшает условия конвективного теплообмена и затрудняет
процесс оттаивания. Сеть дренажных выработок устраивается
так же, как и при фильтрационно-дренажном оттаивании. Если
к дождеванию намечается приступить в начале лета, то в апреле
следует провести уборку снега. До начала основных работ не-
обходимо также подвести электроэнергию, установить насос-
ную станцию, смонтировать систему водоводов и разбрызгива-
телей, пробурить контрольные скважины (из расчета одна сква-
жина на 500 м2 площади оттаивания). Вода в источнике, исполь-
зуемом для дождевания, должна быть относительно чистой
(концентрация взвесей до 0,5 кг/ м3).
Насосная станция устанавливается либо непосредственно у
источника водоснабжения, либо у зумпфа, соединенного с этим
источником канавой.
Магистральные и распределительные трубопроводы мон-
тируются из стальных тонкостенных труб с быстроразъемным
соединением. Распределительные трубы имеют отводы со шту-
церами к дождевальным насадкам (разбрызгивателям) на рас-
стоянии 15 м друг от друга. Наиболее рационально произво-
дить разбрызгивание с установкой насадок на высоте около 1 м
над поверхностью в шахматном порядке по сетке 7 х 8 м при
дождевании на высоту 5 м.
Гидроигловое (или фильтрационно-игловое) оттаивание осу-
ществляется за счет теплоотдачи восходящих фильтрационных
потоков, которые создаются путем нагнетания воды через по-
груженные на необходимую глубину в мерзлый массив пород
вертикальные трубы-гидроиглы (рис. 8.3). Среди способов от-
таивания, основанных на конвективном теплообмене, гидроиг-
ловой наиболее распространен (несмотря на относительно вы-
сокую его трудоемкость). Он дает удовлетворительные резуль-
таты в достаточно широком диапазоне мерзлотно-гидрологи-
ческих условий, позволяя в приемлемые сроки оттаивать мерз-
лоту на глубину до 50 м. Другим его достоинством является во-
зможность управления процессом оттаивания посредством из-
менения технологических параметров.
Этот способ оттаивания применяется в следующих случаях:
• на полигонах с преобладанием суглинистых и супесчаных
пород с коэффициентом фильтрации менее 50 м / сут при необ-
ходимости оттаивания на глубину, большую возможной глуби-
ны естественного оттаивания за счет тепла солнечной радиации;
441
не обеспечивают окончания работ;
Рис. 8.3. Схема гидроиглового от-
таивания:
1 — пруд-отстойник; 2 — насосная стан-
ция; 3 — магистральный водовод; 4 —
действующие гидроиглы; 5 — скважи-
ны, из которых извлечены гидроиглы;
6 — буровой станок; 7 — водовод для
снабжения станков водой; 8 — повы-
шающая насосная станция
• при необходимости от-
таивания мерзлых отложе-
ний за короткий срок (от
1—2 мес. до одного летнего
сезона), в течение которого
другие способы оттаивания
• на дражных полигонах с мощностью мерзлых наносов
более 8 м, где дренажные способы не могут обеспечивать их от-
таивание за отведенный промежуток времени.
Гидроигловое оттаивание может производиться с естест-
венной температурой, искусственно нагретой водой и оборот-
ной водой с подогревом. Источником водоснабжения может
служить любой местный водоем, характеризующийся наиболее
высокой температурой воды и минимальной загрязненностью
ее взвесями, возможностью длительного периода расхода воды
с момента перехода температуры ее через 1 °C (весной) и до по-
нижения ниже +2 °C (осенью). Водоснабжение осуществляется с
использованием естественного напора (при благоприятном ре-
льефе) и насосных установок при напоре 30—70 м и расходе
300—3000 м3/ч.
При оттаивании искусственно нагретой водой применяют-
ся паровые котлы, специальные нагревательные устройства и
электрические нагреватели. Площадь нагрева такого котла оп-
ределяется из расчета 0,7 м2 на одну иглу. Электронагреватель
воды должен иметь мощность 3—4 кВт на одну иглу. Темпера-
тура воды, поступающей к иглам, должна находиться в преде-
лах 15—30 °C.
Технология гидроиглового оттаивания предусматривает бу-
ровое погружение игл на глубину, равную или несколько мень-
шую мощности оттаиваемого слоя. Гидроиглы располагаются
442
в шахматном порядке, на одинаковом расстоянии /и одна от
другой, называемом шагом. При этом расстояние между смеж-
ными рядами игл составляет 0,866/и, а область влияния одной
гидроиглы в плане представляет собой правильный шести-
угольник площадью 0,866/и.
Рис. 8.4. Схема оттаивания грунта вертикальными глубинными электродами:
а — план; б — разрез; в — электрод; г — схема соединения электродов; I — проталина;
2 — электроды; 3 — снег; 4 — корка мерзлого грунта; 5 — привод; 6 — опаянный
грунт; 7—талый грунт; 8 —- софит; 9 — голые провода; 10 —• ограждение
443
Электрооттаивание мерзлого грунта глубинными электро-
дами — один из наиболее приемлемых способов работ на ме-
сторождениях, расположенных вблизи источников дешевой элек-
троэнергии (рис. 8.4).
По своей сущности он является упрощенным и усовершен-
ствованным способом электропрогрева грунта вертикальными
поверхностными электродами. Основная идея этого способа за-
ключается в том, чтобы изолировать от наружного воздуха те-
пло, выделяемое при прохождении тока через грунт, и тем са-
мым свести на нет потери тепла в атмосферу.
При данном способе электроды забивают на всю толщу мерз-
лого грунта так, чтобы 5—10 см электродов вошли в незамерз-
ший грунт (рис. 8.4, а и б). При замыкании электрической цепи
ток (напряжением 220—380 В) пойдет по талому грунту под мерз-
лым слоем. Под воздействием выделяемого в талом грунте теп-
ла будут оттаивать вышележащие слои мерзлого грунта.
По мере оттаивания эти слои превращаются в проводники
электричества и сами начинают выделять тепло. Таким обра-
зом, толща мерзлого грунта оттаивает снизу вверх; вышележа-
щий слой мерзлого грунта и снег служат термоизоляторами и
почти устраняют потери тепла в атмосферу.
Глубинные электроды представляют собой стержни из круг-
лой арматурной стали диаметром 19—20 мм, заостренные с одно-
го конца (угол заострения 15—25°); с другого конца в стержнях
имеются отверстия диаметром 3—4 мм (рис. 8.4, в) для пропуска
электропровода. Острым концом закаленные электроды вбива-
ют в мерзлый грунт электроотбойным молотком КНШ или от-
бойным пневматическим молотком ОМСП-5 в шахматном по-
рядке. Соединять электроды следует по схемам, показанным на
рис. 8.4, г. Расстояния между любыми двумя ближайшими элек-
тродами в любом месте площадки должны быть одинаковыми,
что возможно только при соотношении b = 0,866я, где b — рас-
стояние между рядами электродов; а — расстояние между элек-
тродами в ряду.
Технико-экономические показатели оттаивания грунта
вертикальными глубинными электродами
Продолжительность прогрева при U = 220 В, ч ............... 18—24
Глубина оттаивания, м...................................... 1,5
Расход электроэнергии при U = 220 В, кВт-ч/м3 ............. 22—29
Расстояние между электродами, м ...........................0,5—0,7
Трудоемкость, чел.-дн/м3...................................0,09
444
Глава 9
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОТРАНСПОРТНЫХ
СИСТЕМ УГЛЯ
9. Г Опыт строительства и эксплуатации
установок гидротранспорта угля
Из средств транспорта сыпучих грузов в последнее время
все чаще отдается предпочтение непрерывно действующим ви-
дам, которые по сравнению с циклично действующими видами
транспорта характеризуются автоматизмом действия и равно-
мерной загруженностью. Одним из видов непрерывного транс-
порта является гидротранспорт. Гидротранспорт — наиболее
перспективный вид перемещения не только вскрышных пород,
но и почти всех видов полезных ископаемых. В нем заложены
резервы мощности и экономической эффективности. При гид-
ротранспорте появляется возможность полностью автоматизи-
ровать весь процесс перемещения горной массы. При нем от-
сутствуют потери транспортируемого материала и уменьшается
использование сельскохозяйственных земель, выделяемых для
укладки транспортных коммуникаций. Кроме того, отсутству-
ет пылеобразование в местах создания и выпуска гидросмеси.
Все это способствует выполнению требований экологии.
Для условий КАТЭКа большое значение имеет выполнение
научно-технической программы, представляющей комплекс ме-
роприятий по реализации цикла «Исследование — разработка
— создание — потребление». Одним из пунктов этой програм-
мы является решение проблемы транспортировки рядового угля.
В Канско-Ачинском бассейне имеются большие возможно-
сти для внедрения гидротранспорта угля. Особенно это важно в
связи с решением проблемы снижения водоугольных суспензий
постоянного состава.
Передовой опыт строительства гидротранспортных систем
и их эксплуатации и проектирования с учетом новейших дос-
тижений дает возможность обеспечить надежную и эффектив-
445
ную работу этих систем по транспортированию угля на раз-
личные расстояния для условий любых климатических зон.
Установлено, что с увеличением производительности и рас-
стояния гидротранспортирования стоимость 1 т • км снижается.
Имеются расчеты подачи канско-ачинских углей в центр нашей
страны на расстояние 4000 км в количестве 120 млн т/год в ви-
де гидросмеси с Т:Ж = Г. 1 по трубам D = 1400 мм.
В США обходится в 1 долл, подача угля по трубам на рас-
стояние 530 км, по железной дороге — на 106 км, автомобиль-
ным транспортом — на 24 км и самолетом — на 8 км. В США
накоплен опыт работы наиболее стабильно действующей сис-
темы углепровода компании «Блэк Меса Пайплайн». Эта сис-
тема эксплуатируется с 1970 г. Гидросмесь подается по трубам
D = 450 мм на расстояние 473 км. Уголь зольностью 3 %, добы-
ваемый открытым способом, подают автосамосвалами грузо-
подъемностью 120 т на расстояние 7 км до станции пульпопро-
вода, мощность которой 4 млн т угля в год. Пульпа с содержа-
нием воды 50 % помещается в чаны-хранилища. Твердая часть
гидросмеси содержит менее 2 % частиц крупнее 1,17 мм и не бо-
лее 20 % частиц мельче 0,04 мм. На головной станции установ-
лены два рабочих насоса и один резервный (Q = 50 т/ч, Н = 10
МПа). Каждый насос подает гидросмесь на 70—100 км.
В конце подачи гидросмеси уголь обезвоживается в центри-
фуге производительностью 600 т/ч (до 1000 м3/ч угольной пуль-
пы). Пульпа подогревается до 70 °C, что улучшает отдачу вла-
ги. Уголь после центрифугирования содержит 18—20 % влаги.
Простои гидроустановки в течение года составили всего
3000 ч, т. е. менее чем 1 ч в день.
Высокое содержание твердого в гидросмеси, достигая 53 %,
обеспечивается специальными пульпосмесителями. Четыре сме-
сителя компании «Денвер» имеют резервуары диаметром по 15 м,
высотой 14 м, каждый из них снабжен трехметровой мешалкой
для создания осевого потока. Диаметр мешалки составляет 4,5 м.
Пульпа, содержащая уголь крупностью 0—3,2 мм, поступает в
один из четырех смесительных резервуаров, каждый из кото-
рых подает 950—1200 м3/ч гидросмеси. При выдаче гидросмеси
из первого резервуара второй заполняется, а в третьем гидро-
смесь поддерживается во взвешенном состоянии.
446
Заслуживает внимания эксплуатация в США углепровода
из штата Аризона в штат Невада длиной 439 км с диаметром
труб 457 мм и производительностью 4,37 млн т/год. Было на-
мечено использование углепровода из штата Вайоминг в штат
Аризона длиной 658 км с диаметром труб 965 мм, производи-
тельностью 22,75 млн т и углепровода из штата Монтана в
штат Техас длиной 2029 км с диаметром труб 1067 мм и произ-
водительностью 27,3 млн т в год. Благоприятны достигнутые
при эксплуатации протяженных угольных гидротранспортаых
систем экономические показатели, которые послужили основа-
нием для дальнейшего их развития. По данным 1983 г., в США
велось строительство 10-ти магистральных углепроводов дли-
ной от 180 до 2400 км с диаметром труб до 1000 мм и произво-
дительностью до 55 млн т в год.
Большое значение для надежного функционирования гид-
ротранспортных систем имеет обеспечение нужной консистен-
ции и однородности состава гидросмеси. Подготовка гидро-
смеси выполняется на заводах, на которых производится дози-
рование подачи воды и транспортируемого материала и тща-
тельное их перемешивание.
В Российской Федерации хорошо освоены гидротранспорт-
ные системы подачи угля — от гидрошахты «Юбилейная» до
ЦОФ «Кузнецкая» длиной 11 км и от гидрошахты «Инская» до
ГРЭС «Беловская» длиной 10,5 км. В обоих случаях себестои-
мость 1 т • км транспортирования получается в 2 раза меньше, чем
на железнодорожном транспорте. Наряду с этим, некоторые
расчеты показывают, что трубопроводный транспорт угля на
большие расстояния не всегда эффективен. Так, вместо гидро-
транспортирования энергетических углей Канско-Ачинских
разрезов к теплоэнергоцентралям в европейской части России
оказывается эффективнее сжигать уголь в районах его добычи и
передавать электроэнергию к расположенным на большом рас-
стоянии потребителям. Длина нескольких построенных транс-
портных трубопроводных систем может составлять сотни ки-
лометров, диаметр труб 250— 1000 мм.
Был спроектирован углепровод от гидрошахты «Инская» до
Новосибирской ГРЭС № 5 на расстояние 249 км. Техническое
обоснование выполняли ВНИИГидроуголь, ВНИИПИТранспро-
гресс, УкрНИИуглеобогащение. Основные данные: подача ги-
дросмеси — 1000 м / ч (5 млн т / год) при D = 404 мм, Я = 10 МПа;
447
скорость подачи гидросмеси — 1,8 м/с. Каждая пульпонасосная
станция имеет два резервуара достаточной вместимости для ги-
дросмеси и воды. Техническим эталоном при проектировании
принят углепровод компании «Блэк Меса». Общее давление
при разности уровней начала и конца трубопровода 40 м со-
ставляет 28,5 МПа.
Объекты с гидротранспортом угля проектируются с учетом
комплексного решения добычи, транспортирования и исполь-
зования угля в виде водоугольных тонкодисперсных гидросме-
сей. Проектная проработка топливно-энергетического комплек-
са с гидротранспортом угля, выполненная Харьковским отделе-
нием Теплоэлектропроекта для условий подачи угля от услов-
ного поставщика на Новоднепровскую ГРЭС на расстояние
426 км, производительностью 4 млн т угля в год, показала вы-
сокую экономичность такого комплекса и возможность сниже-
ния себестоимости электроэнергии до 20 % по сравнению с тра-
диционными видами транспортирования и сжигания угля.
9.2. Стадии и интенсивность измельчения угля
при его гидротранспортировании
Некоторые основные качественные характеристики углей
можно проследить на примере Березовского месторождения
КАТЭКа (Красноярский край).
В качестве топлива на ТЭС можно использовать уголь раз-
реза Березовский-11. Угли, слагающие пласт Березовский, по
составу исходного материала относятся к гумусовым, бурым,
полуматовым, средней степени метаморфизма (02), с показателем
витринита Р = 0,3-Н),4 %, влагой рабочей W = 36 %, что соот-
ветствует технологической группе угля Б2, классу 2Б. Предел
прочности угля при сжатии 9,93—22,2 МПа, среднее значение
— 14,9 МПа; содержание минеральных примесей 3—6 %; на-
сыпная плотность — 0,8—0,85 т/м3; коэффициент размолоспо-
собности — 1,2—1,4; плотность углей — 1,24 т/м3; зольность
ЛСр — 6,2 %; пористость — 0,39.
По данным КАТЭКНИИугля, после экскавации угля из мас-
сива роторным экскаватором и конвейерного транспорта бу-
дем иметь следующий гранулометрический состав исходного
448
материала для пульпообразования: 0—1 мм — 1,61 %, 1—3 мм
— 7,5 %, 3 мм — 76,4 %.
Гидротранспортирование неоднородных гидросмесей со-
провождается интенсивным измельчением угля в трубопроводе
(водоугольная смесь, состоящая из угля классов 0—-100, 0—70,
0—50, 0—25, 0—13 мм).
Так, уголь, поступающий из разреза на ТЭС, подвергается
нескольким стадиям измельчения. Основными технологически-
ми звеньями, где происходит его измельчение, являются: выем-
ка угля из массива (роторным экскаватором), транспортирова-
ние (ленточным конвейером) до узла подготовки гидросмеси,
подготовка угля для гидротранспортирования (пульпообразо-
вание), гидротранспортирование до узла подготовки угля к сжи-
ганию.
Интенсивность измельчения зависит от физико-механичес-
ких свойств угля и от технологической схемы гидрокомплекса.
Из исследований ряда авторов известно, что гидротранс-
портирование мелких классов угля (0—3, 0—2, 0—1 мм) связа-
но со значительно меньшим образованием микронных фрак-
ций, чем гидротранспортирование крупнокускового угля. При-
ращение угля класса 60 мкм для класса 0—3 мм составляет не
более 15 %, тогда как для класса 0—50 мм оно превышает 70 %.
Более сильное измельчение объясняется тем, что сами по себе
крупные классы измельчаются интенсивнее мелких, кроме того,
они оказывают истирающее действие на мелкие классы. Общая
степень измельчения углей, добываемых в шахтах, в том числе
и более мягких углей марки Т класса 0—50 мм, составляет 13,1
(по данным В.В. Трайниса).
Для предварительных расчетов данные результаты можно с
определенной степенью точности перенести на бурые угли Бе-
резовского месторождения. Для получения результатов из-
мельчения бурых углей необходимо проведение эксперимента в
натурных условиях. Каждая гидросмесь характеризуется свои-
ми свойствами, поэтому получение универсальных рекоменда-
ций и результатов для всех видов гидросмеси представляет боль-
шую трудность.
Основными факторами, влияющими на измельчение угля в
трубах, являются: режим движения гидросмеси, крупность угля,
дальность транспортирования, консистенция гидросмеси.
449
Установлено, что диаметр трубопроводов практически не
влияет на степень измельчения. Однако влияние трубопровода
на измельчение оказывается через стыки и резкие повороты
труб, что теоретически учесть невозможно.
С увеличением скорости движения гидросмеси измельчение
угля происходит за счет трения частиц о стенки трубы и соуда-
рения частиц. Гидротранспортирование угля при сравнительно
малых скоростях не является определяющим в измельчении,
тем более при 3 %-ном заилении трубопровода (по данным Н.Е.
Офенгендина).
Чем больше крупность угольных частиц, тем выше измель-
чение. Возрастание содержания микронных классов крупности
в транспортируемом угле объясняется сильным истирающим
действием более крупных классов, которые при прочих равных
условиях раскалываются интенсивнее мелких.
На расстоянии гидротранспортирования до 5 км происхо-
дит наиболее интенсивное измельчение, в основном связанное с
раскалыванием материала, вследствие многочисленных дефек-
тов его структуры. Благодаря наличию микротрещин, неровно-
стей поверхности и других дефектов происходит наиболее ин-
тенсивное измельчение, связанное с раскалыванием частиц. Для
этой зоны характерно дробление материала, истирание прояв-
ляется незначительно.
В зоне гидротранспортирования более 6 км значение дроб-
ления уменьшается и все большее значение приобретает исти-
рание, которое и является главной причиной образования час-
тиц микронной крупности.
Рядом авторов установлено влияние консистенции гидро-
смеси на общую степень измельчения. Консистенция при широ-
ком изменении ее значения влияет на измельчение крупнокус-
кового угля, но не угля мелких классов крупности. Экспери-
менты ряда авторов показали, что влияние консистенции ги-
дросмеси на измельчение проявляется различно в зависимости
от крупности исходного угля.
В гидротранспортной системе процесс измельчения угля
имеет место и в насосах. Измельчение в насосах происходит в
результате ударов, возникающих вследствие резкого изменения
направления скорости потоков, встречи потока с лопатками,
выхода потока в улитку. Влияние перечисленных факторов на
измельчение изучено в настоящее время крайне недостаточно.
450
Степень измельчения угля в насосе зависит от крупности и кон-
центрации транспортируемого материала. С увеличением круп-
ности угля измельчение резко возрастает, что вызвано в основ-
ном раскалыванием кусков угля на более мелкие. Измельчение
угля в насосах зависит от числа подъемов по трассе пульпопро-
вода. Сильное измельчение происходит на первых пропусках
угля через насосы и снижается на последующих. Это вызвано
тем, что в первых пропусках от частиц угля откалываются ост-
рые кромки угля и происходит разрушение наиболее слабых
частиц.
При гидротранспортировании тонкоизмельченного угля
крупностью 1—1,5 мм измельчение в насосах незначительное и
им можно пренебречь.
9.3. Технологические схемы транспортирования угля
Схемы гидротранспортирования угля состоят из трех ос-
новных узлов: узла пульпоприготовления, который находится у
поставщика топлива, пульпоперекачивающих насосных стан-
ций и узла приемки гидросмеси у потребителя.
Существуют следующие схемы гидротранспортирования уг-
ля от поставщика к потребителю.
Схема 1. Уголь из разреза в вагонах по железной дороге
доставляется к потребителю, где после помола уголь направля-
ется к котельным установкам тепловой электростанции.
Схема 2. Уголь, выданный из разреза, смешивается с водой,
затем гидросмесь насосами перекачивается к потребителю, где
уголь обезвоживается, сушится, измельчается до необходимой
крупности и используется в топках котлов.
Схема 3. В отличие от предыдущей схемы у поставщика
уголь подвергается тонкому помолу, затем подготавливается
гидросмесь, которая транспортируется на тепловую электро-
станцию, где она сгущается и насосами транспортируется к фор-
сункам котлов для непосредственного сжигания без предвари-
тельного обезвоживания и сушки.
Схема 4. В отличие от схемы 3 гидросмесь из разреза на-
правляется в устройства для мокрого помола угля, затем в уст-
ройства для подготовки смеси и после гидротранспортирова-
ния у потребителя сжигается в форсунках.
451
Схема 5. Гидросмесь, полученная на разрезе, не подверга-
ется дополнительной обработке, направляется гидротранспор-
том на станцию, где уголь обезвоживается, сушится, подверга-
ется помолу и используется в сухом виде.
Схема 6. В отличие от схемы 4 на станции предусматрива-
ются мокрый помол угля, сгущение водоугольной смеси и по-
дача ее в форсунки для непосредственного сжигания.
Схема 7. В отличие от схемы 6 на станции уголь обезвожи-
вается, сушится и поступает к котлам тепловой электростанции.
Практически может быть использована любая из 2—7 рас-
сматриваемых схем, все зависит от того, в каком виде будет
сжигаться уголь.
Гидротранспортирование в рассматриваемых технологиче-
ских схемах может осуществляться различно — с промежуточ-
ными емкостями или без них. При наличии промежуточных ем-
костей между насосными станциями в трубопроводе имеется
разрыв. Вся гидросмесь поступает в резервуары (зумпф) и отту-
да насосами транспортируется до следующей насосной станции
(см. рис. 7.50).
Схема перекачки из насоса в насос (без промежуточного
зумпфа) получила наибольшее распространение, так как она
требует наименьших капитальных затрат на строительство ус-
тановок. Однако А.В. Полежаев на основании исследований
рекомендует осуществлять работу гидротранспортной системы
с разрывом потока, используя промежуточные склады-зумпфы
после каждого звена, состоящего из двух последовательно вклю-
ченных грунтовых насосов. Это вызвано тем, что подача пуль-
пы «из насоса в насос» — система неустойчивая, ненадежная.
Рекомендуемая схема целесообразна там, где обеспечено посто-
янство подачи и консистенции гидросмеси.
При подаче топлива на станцию пульпоподающие станции
должны иметь 100 %-ный резерв. Резервный насос держат в со-
бранном виде на стенде рабочего места. При этом стоимость
увеличения размеров здания землесосной станции значительно
меньше, чем убытки, получаемые в результате перебоев в рабо-
те пульпонасосных станций (по данным А.Г. Джваршеишвили).
Таким образом, вышерассмотренные технологические ком-
плексы состоят из разреза, гидротранспортных установок и ус-
тановок для топливоиспользования. В этих комплексах гидро-
транспорт объединяет разрез с тепловой электростанцией в
452
единый технологический процесс и позволяет снизить при этом
потери угля при перевозках и улучшить экономические показа-
тели работы не только разреза, но и электростанции.
9.4. Эффективность гидротранспортирования угля
При проектировании гидротранспорта угля необходимо
учитывать такие возможности трубопроводного транспорта,
как обеспечение непрерывности и регулярности грузопотока вы-
сокой производительности, исключение трудоемких погрузоч-
но-разгрузочных операций на разрезе и станции, уменьшение
опасности загрязнения окружающей среды, ликвидация потерь
угля при транспортировании, создание полностью автоматизи-
рованных транспортных систем высокой производительности и
меньшей стоимости, чем при обычном транспорте.
Так, для условий КАТЭКа (в качестве примера) гидротран-
спорт угля в ряде случаев является незаменимым, так как уже
сейчас там недопустимо дальнейшее загрязнение окружающей
среды.
Гидротранспорт имеет большие преимущества перед дру-
гими средствами передачи энергии, в том числе перед железно-
дорожным транспортом и линиями электропередачи, с точки
зрения защиты окружающей среды от возможного загрязнения.
Трубопроводы, уложенные в грунт, полностью скрыты, а зем-
ная поверхность над ними может использоваться, поскольку в
течение длительного времени трубы не нуждаются в замене
(при транспортировании угольной гидросмеси).
Гидравлический трубопроводный транспорт является одним
из самых надежных. Его надежность выше, чем у других видов
транспорта (например, углепровод компании «Блэк Меса» в те-
чение года не работал всего 33 ч, его надежность составила 99 %).
Эффективность гидротранспортирования угля в значитель-
ной мере зависит от ряда технологических параметров и при-
меняемого оборудования. Такие технологические параметры, как
производительность установки, дальность транспортирования
и геодезия подъема, не могут быть выбраны произвольно и оп-
ределяются заданием. Другие же параметры — крупность транс-
портируемого угля, скорость движения, консистенция, КПД
транспортирующих насосов — принимаются на основе технико-
экономических расчетов, с тем чтобы обеспечить работу объек-
тов с минимальными стоимостными затратами.
453
Общая эффективность гидротранспорта при наличии обез-
воживающих и сушильных установок, необходимость которых
вызывается технологией гидротранспортирования, определяет-
ся не столько затратами на гидротранспорт, сколько затратами
на обезвоживание и сушку угля. Считается, что дальний гидро-
транспорт эффективен при производительности гидротранспорт-
ных установок не менее 5—10 млн т в год, при этом обеспечи-
вается еще выгодная эксплуатация узлов подготовки гидросме-
си, дробления, обезвоживания угля, а также гидротранспорт-
ной магистрали. Исходя из общих закономерностей гидротран-
спорта водоугольных смесей, их следует разделять на два ос-
новных вида — однородные и неоднородные.
К однородным относятся гидросмеси, составленные из угля
крупностью не выше 0,2 мм (при содержании классов 0,063—0,2
мм для тонко- и грубодисперсных соответственно не более 10 и
40 %). К однородным приближаются также водоугольные сме-
си, составленные из угля классов 0—1, 0—3, 0—6 мм при со-
держании в нем фракций -0,063 мм свыше 30 %.
Неоднородные угольные смеси состоят из угля классов 0—100,
0—70, 0—50, 0—25, 0—13 мм, а также из угля классов 0—6, 0—3
мм при содержании в нем фракций -0,063 мм менее 30 % [1].
Гидротранспорт неоднородных гидросмесей, как правило,
характеризуется критической скоростью. При гидротранспорте
неоднородных гидросмесей со скоростью меньшей, чем крити-
ческая, в трубопроводе образуется неподвижный слой отложе-
ния из выпавшего твердого материала, что может привести к за-
купорке трубопровода. Поэтому при соответствующем удель-
ном расходе воды q, м3 / м3, диаметр трубопровода должен быть
таким, при котором действительная скорость Гд, м/с, равна или
больше (не более чем в 1,35 раза) критической.
Рассмотрим гидротранспорт угольной суспензии от Бере-
зовского месторождения до Березовской ГРЭС.
В соответствии с исходными данными (табл. 9.1) по алго-
ритму и программе, разработанным автором, произведен рас-
чет гидротранспортного комплекса для дальности транспорти-
рования угля 25 и 20 км.
454
Таблица 9.1
Исходные данные для расчета
Показатели Условное обозначение Единица измерения Значения
Годовой объем угля, необхо- димый для сжигания на ТЭС W млн т 55 (44,4 млн м3)
Дальность гидротранспорти- рования L км 20; 25
Крупность отгружаемого угля d мм 0—1 (16,1 %); 1—3 (7,5 %); 3(76,4%)
Удельный расход воды Я м3/м3 2;3;4;6
Плотность угля Y т/м3 1,24
Пористость угля т —— 0,39
Наиболее оптимальным техническим решением являются
варианты при удельном расходе воды q = 3 м3/м3. В этом случае
действительная (Рд = 2,89 м/с) и критическая (КР = 2,97 м/с)
скорости почти равны (Икр > на 3 %), что допускается. Рас-
четный диаметр пульпопровода равен 700 м. В случае принятия
другого удельного расхода воды резко увеличивается число пе-
рекачек по трассе пульпопровода или число насосов для пода-
чи воды на узел пульпообразования.
Для подачи гидросмеси рассмотрены насосы ГрТ4000/ 71
(Сз = 4000 м3 / ч, Я. = 71 м) и ЗВ-4000 / 100 (ft = 4000 м3 / ч, Я3 =
= 100 м; опытный образец, испытанный НИИКМА). Из анали-
за полученных решений видно, что наиболее рациональным яв-
ляется вариант гидротранспортного комплекса с использовани-
ем насоса типа ЗВ-4000/100. При этом число насосов по трассе
пульпопровода уменьшится на семь единиц. Число головных
насосов (для подачи гидросмеси) независимо от их типа равно
семи.
Для подачи воды на узел пульпообразования рассмотрены
насосы типа Д4000/95 (£>н = 4000 м3/ч, Яу = 95 м). Эти насосы
обеспечивают большую производительность и подачу воды на
большие расстояния. Диаметр водовода при этом составляет D =
- 700 мм.
Возможно применение и других насосов, что должно обос-
новываться технико-экономическими расчетами. Работа гид-
рокомплекса принята круглогодичной с тремя рабочими сме-
455
нами, каждая продолжительностью по 8 ч. Коэффициент исполь-
зования оборудования гидрокомплекса равен 0,8.
Общая длина пульпопровода на одну гидроустановку (при
дальности транспортирования 25 км) с учетом коэффициента
развития трассы пульпопровода составляет около 27 км.
Необходимо отметить, что при дальности транспортирования
угля 20 км в случае использования грунтового насоса ГрТ4000/71
наиболее эффективным является вариант с удельным расходом
воды 4 м3/м3, а не 3 м3/м3, как это было при дальности транс-
портирования 25 км. При использовании насоса ЗВ-4000 / 100
независимо от дальности транспортирования угля удельный
расход воды, соответствующий оптимальному техническому
решению, равен 3 м3/м3.
Общая длина пульпопровода на одну гидроустановку при
дальности подачи угля на 20 км с учетом коэффициента разви-
тия трассы равна 22 км.
Глава 10
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ
РАБОТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПЛАВУЧИХ
ЗЕМЛЕСОСНЫХ СНАРЯДОВ
10.1. Условия применения плавучих землесосных снарядов
При выборе типа снаряда для разработки конкретного ме-
сторождения помимо производительности необходимо учиты-
вать глубину разработки, дальность и высоту подачи транспор-
тируемого материала, его гранулометрический состав и нали-
чие крупных включений.
Наличие большого количества валунов в разрабатываемом
месторождении резко снижает экономическую целесообразность
применения плавучих земснарядов. При содержании в исходном
материале фракций, по размеру превосходящих проходное се-
чение рабочего колеса землесоса более чем на 3~5 %, стано-
вится экономически нецелесообразным применение земснаря-
дов. Такие грунты следует разрабатывать с помощью черпако-
вых и дражных машин, на которых смонтировано дробильно-
сортировочное оборудование, плавучие транспортеры и пуль-
попроводы. При высоком содержании гравия и наличии в за-
лежи большого количества валунов применение подобного аг-
регата наиболее целесообразно, так как в этом случае рацио-
нально используются преимущества механической разработки
в комбинации с гидравлическим и конвейерным транспортом.
При работе на рыхлых несвязных грунтах, содержащих до
30 % гравия (без включения валунов, не проходящих через ра-
бочие каналы землесоса), применяются земснаряды, оборудо-
ванные фрезерными рыхлителями или свободным всасом. При
разработке песчано-гравийных месторождений, содержащих бо-
лее 30 % гравия (без крупных валунов), применение разрыхли-
телей на земснарядах является обязательным.
Структура и техническая характеристика известных типов
плавучих снарядов, применяемых для различных видов гидро-
механизированных работ, приведены в табл. 10.1 — 10.4.
457
Таблица JO. 1
Унифицированная классификация плавучих снарядов
Основные опознавательные признаки Классы и подклассы Область или условие применения
Назначение* Горные, в том числе: вскрышные добычные драги Удаление наносов и покрывающих горных пород с залежей полезных ископаемых Добыча полезных ископаемых, в том числе строительных материалов и грунтов Добыча и обогащение полезных ископаемых из россыпных месторождений
Строительные, в том числе: выемочные намывные Разработка профильных выемок гидротехни- ческих сооружений: каналов, траншей, от- стойников и т. д. Намыв различных земляных сооружений: дамб, плотин, площадок, насыпей дорог и т. д.
Мелиоратив- ные, в том чи- сле: выемочные очистные Формирование искусственных водоемов и ка- налов Очистка водоемов и каналов от наносов
Дноуглуби- тельные, в том числе рефулер- ные Углубление, расширение и спрямление речных, озерных и морских водных путей, бухт и портов
Специальные, в том числе: разведочные скалодро- бильные сборщики Бурение разведочных скважин в акваториях озер, морей и шельфе океана Подготовка скальных горных пород к выемке со дна водоемов Сбор с поверхности воды нефтепродуктов, фекалий и мусора
Условие пла- вания Л — для ма- лых рек На малых реках, верхних плесах рек и кана- лах, где высота волн не превышает 0,6 м
Р — речные На средних и нижних плесах рек и малых внутренних водоемах, где высота волн не пре- вышает 1,2 м
О — озерные В низовьях крупных рек, средних озерах и во- дохранилищах при высоте волны до 2 м
458
Продолжение табл. 10.1
Основные опознавательные признаки Классы и подклассы Область или условие применения
Условие пла- вания М — морские В морских заливах, бухтах, устьях крупных рек и водохранилищах при высоте волны до 3 м
Производи- тельность Весьма малая, до 50 м3/ч Очистка водоемов и каналов от наносов, оп- робование месторождений, сборщики нефте- продуктов и мусора
Малая, 50—100 м3/ч Удаление наносов, очистка водоемов, добыча по- лезных ископаемых, в том числе строительных материалов и грунтов, намыв площадок и шта- белей, формирование искусственных водоемов
Средняя, 100 -300 м3/ч Добыча и обогащение полезных ископаемых, строительных материалов и грунтов, разра- ботка профильных выемок, формирование ис- кусственных водоемов, намыв различных зем- ляных сооружений
Большая, 300 500 м-Уч Добыча и обогащение полезных ископаемых, строительных материалов и грунтов, разра- ботка крупных выемок, намыв дамб и плотин
Весьма боль- шая, более 500 м-Уч Углубление, расширение и спрямление водных путей, намыв крупных дамб и плотин
Вид энерго- снабжения Э — электри- ческий В промышленно развитых районах — от сетей ЛЭП либо в отдаленных районах — от пере- движных электростанций, при длительных сро- ках ведения гидромеханизированных работ
Д-—дизельный В удалении от промышленно развитых рай- онов, в основном при коротких сроках веде- ния гидромеханизированных работ
ДЭ —• дизель- электрический Наиболее универсальный вид энергоснабже- ния, может применяться практически в любых условиях
Способ поро- дозабора Механический, в том числе: фрезерный роторный винтовой волочащийся При разработке уплотненных и пластичных связных горных пород и грунтов При разработке несвязных горных пород и грунтов, с малым содержанием валунов При разработке месторождений несвязных горных пород и грунтов, засоренных растительностью При разработке связных горных пород и грунтов, с профильной зачисткой дна карьера
459
Продолжение табл. 10.1
Основные опознавательные признаки Классы и подклассы Область или условие применения
Способ поро- дозабора Гидравличес- кий, в том чи- сле: струйный гидро диффу- зионный При разработке рыхлых и слабоуплотненных песков и песчано-гравийных горных пород При разработке рыхлых горных пород и грун- тов, для интенсификации процесса породозабора
Вибрацион- ный При разработке песчано-гравийных и илистых горных пород, содержащих валуны
Эрозионный При разработке рыхлых горных пород и грунтов
Способ поро- доизвлечения Землесосный, в том числе: с поверхно- сти воды погружной При добыче песков, грунтов и песчано-гравий- ных горных пород, содержащих до 3 % валунов, удалении наносов и вскрышных горных пород, углубление водных путей, намыв земляных со- оружений, при глубине разработки до 18—20 м То же, при глубине разработки до 40—45 м
Эжекторный При добыче песков и песчано-гравийных гор- ных пород с повышенной глубиной разработ- ки (до 100 м)
Эрлифтный То же, при добыче с больших и сверхбольших глубин
Черпаковый, в том числе: многочерпа- ковый одночерпа- ковый (штан- говый) грейферный Дноуглубительные работы, разработка песчано- гравийно-галечно-валунных месторождений, раз- работка россыпей полезных ископаемых драгами. Дноуглубительные работы с тяжелыми каме- нистыми или глинистыми горными породами. Разработка несвязных и малосвязных песча- но-гравийных горных пород, дноочиститель- ные и перегрузочные работы
Комбиниро- ванный Эрлифтно-землесосные и эжекторно-землесосные снаряды, предназначены для интенсификации процесса породозабора и повышения глубины разработки
Способ транс- портировки горной массы Гидравличе- ский При транспортировке горной массы до про- ектного места укладки по трубам в виде гид- росмеси
460
Продолжение табл. 10.1
Основные опознавательные признаки Классы и подклассы Область или условие применения
Способ транс- портировки горной массы Самоотвозной Транспортировка добытой горной массы на берег в трюмах снаряда
Шалаидовый При транспортировке горной массы шалан- дами или баржами
Перевалочный Непосредственная перевалка горной массы из зоны выемки в сторону, через рефулер или плав пульпопровод, при дноуглубительных ра- ботах или проходке пионерных траншей
Комбиниро- ванный При гидравлической разгрузке горной массы из трюмов самоотвозных снарядов или шаланд
Принцип движения Самоходные Снаряды морского и речного технических фло- тов, в основном предназначенные для дноуг- лубительных и специальных работ, реже — для производства горных и строительных работ
Несамоходные Горные, строительные и мелиоративные снаряды
Способ рабо- чих переме- щений Якорные Снаряды морского и речного технических фло- тов, горные — при добыче полезных ископае- мых с большой глубины, морские драги, стро- ительные и мелиоративные снаряды, осущест- вляющие эрозионный или гидравлический спо- собы породозабора
Свайно- якорные Континентальные драги, горные, строитель- ные и мелиоративные снаряды, осуществля- ющие механический способ породозабора
Безъякорные, в том числе самоходные Снаряды с землесосным, эрлифтным, эжектор- ным и, реже, гидравлическим способами поро- доизвлечения, когда процесс породозабора осу- ществляется вертикально, без перемещений кор- пуса снаряда, либо с постоянным перемеще- нием — самоходным снарядом
Способ управления С ручным уп- равлением Все управление осуществляет машинист-багер- мейстер снаряда
Автоматиче- ские Управление с помощью приборов под кон- тролем оператора
Дистанцион- ные Управление по радиосвязи или кабельной свя- зи снарядов, осуществляющих специальные, в том числе подводные работы
Конструкция корпуса Разборные Горные, строительные и мелиоративные снаря- ды малой и средней производительности, пред- назначенные для работы в закрытых водоемах
461
Окончание табл. 10.1
Основные опознавательные признаки Классы и подклассы Область или условие применения
Конструкция корпуса Неразборные Горные, в том числе драги, строительные и дно- углубительные снаряды большой и весьма боль- шой производительности, предназначенные для работы на судоходных реках, водохранили- щах, морских заливах и океаническом шельфе
Обеспечен- ность жилыми помещениями С жилыми по- мещениями Морские горные снаряды, в том числе драги, и дноуглубительные снаряды, выполняющие работы вдали от берега или жилых поселков
Без жилых по- мещений Строительные, мелиоративные и горные сна- ряды, в том числе континентальные драги
* Подробное описание приведено в работе [1].
Таблица 10.2
Техническая характеристика земснарядов
(Цимлянский судомеханический завод)
Показатели 12А-5Д 180-60 300-40 300-40 М 350-50Л 400-70
Грунтовой насос ЗГМ-1М ГрУТ 2000/63 (16ГрУТ -8М) 20 Р-И (20Р- 11М) 20Р- 11МБ (20ГрУ Т-8М) гор- им ГрУТ 4000/71 (20ГрУ T-8M)
Диаметр рабочего ко- леса, мм 700 1030 (980) 1250 (1100) 1250 (1100) 1250 1360 (1250)
Условная производи- тельность по грунту П группы при 10 %-ной консистенции пульпы, м3/ч 100 180 300 350 350 400
Производительность по пульпе, м3/ч 1300 2200 3600 4000 4000 4000
Напор (в зависимо- сти от диаметра ра- бочего колеса), м Глубина разработки при механическом ры- хлении, м: 40 63 (55) 60 (45) 60 (45) 60 70
максимальная 7,5 10 11 11 10 15
минимальная 2,0 2,5 3,5 3,5 3,5 3,5
Оптимальная шири- на проходки при свай- но-канатном папиль- онировании,м 40 40 40 45 45 45
462
Продолжение табл. 10.2
Показатели 12А-5Д 180-60 300-40 300-40 М 350-50Л 400-70
Осадка в транспорт- ном положении, м 0,88 0,85 0,85 1,2 1,1 1,2
Габаритная высота на плаву без свай, м 6,2 8,7 9,0 8,3 8,4 8,0
Общая длина в транс- портном положении, м 30 36,5 41 46 44 51
Проходное сечение рабочего колеса, мм 200 230 280 280 280 300
Мощность электро- Дизель 630 1100 1250 1250 1600
двигателя грунтово- го насоса 6 (10) кВ, кВт 340 (500) (864) (864) (864) (1250)
Частота вращения, мин'1 750 590 500 500 500 500
Общая установленная мощность электрообо- рудования, кВт — 900 1400 2030 1500 2520
Мощность трансфор- матора 6 (10)/0,5 кВ, кВ-А 250 250 400 400 630 630
Масса земснаряда (без плавпульпопрово- да), т 87 155 218 310 281 350
Класс Речного реги- стра О О Р Р Р О
Номер проекта Корпус: тип размеры, м: 226 Разве 229 мный 179 Нераз- 1673 >емный 319
длина 22,02 22,02 31,0 33,6 31,0 36,0
ширина 9,44 9,44 9,5 9.5 9,5 9.5
высота борта 1,52 1,52 2,0 1.9 2,0 2,0
масса, т 28,7 42,0 63,0 68,6 63,0 63,0
Число отдельных пон- тонов 5 6 — —— —
Максимальная мас- са понтона, т 8,6 11,74 ——1 — —
463
Продолжение табл. 10.2
Показатели 12А-5Д 180-60 300-40 300-40М 350-50Л 400-70
Грунтозаборное устройство:
тип рыхлителя Фрезерный
диаметр фрезы, мм 1250 1250 1750 1900 1960 1900
частота вращения 15 14,7; 29,4 18 9—24 12; 24 18,5
фрезы, мин"1 мощность привода, кВт 40 46; 55 135 175 125 160
диаметр всасываю- 400 500 500 600 600 700
щей трубы, мм масса грунтозабор- 14,37 17,182 36 35 48,1 44,1
ного устройства в сборе, т
Лебедка рамоподъ-
емная:
мощность двигате- ля, кВт 18,5 18,5 20 21 20 40
диаметр каната, мм 20 20 20 28,5 20 29
длина каната, м 70 100 120 120 120 125
тяговое усилие, кН (тс) 50 (5) 50 (5) 85 (8,5) 80 (8) 100(10) 100(10)
Лебедка папильона-
жная:
мощность двигате- ля, кВт 3,2; 6 3,2; 6 14,5 12,5 14,5 10; 17
диаметр каната, мм 20 20 19,5 28,5 28,5 29
длина каната, м 160 145 150 230 230 230
тяговое усилие, кН (тс) 50 (5) 50(5) 85 (8,5) 140(14) 100(10) 140(14)
Лебедка сваеподъем-
ная:
мощность привода, кВТ 18,5 18,5 14,5 10; 15 14,5 28
диаметр каната, мм 20 20 20 28,5 28,5 29
длина каната, м 50 50 125 125 125 125
тяговое усилие, кН (тс) 50 (5) 50 (5,1) 85 (8,5) 28(15) 100(10) 150(15)
464
Окончание табл, 10.2
Показатель 12А-5Д 180-60 300-40 300-40М 350-50Л 400-70
Свайный механизм: -
размер труб, свай, мм 530x12 530x12 630x20 550x36 630x20 Прямоу- гольные, 500x800
длина свай, м 13,645 16,645 20 20 20 23,5
расстояние между сваями, м Технологические насосы: 2,6 2,6 3,2 3,2 3,2 3,2
тип 4КМ-8 Д200/95 Д200/95 Д200/95 ЗВ200х х2 ЦН400- 105
число 2 2 2 2 2 3
мощность привода, кВт Плавучий пульпо- провод: 28 75 75 75 125 160
диаметр, мм число звеньев: 400 500 500 500 600 600
промежуточных 15 23 28 27 25 28
шпилевых длина звена, м: — 2 2 3 2
промежуточного 7,9 9,5 6,75 9,5 6,0 9,9
шпилевого — 10,9 Ю,9 10,9 1' 10,1
общая длина, м 118,5 239,3 224,3 289,2 150 297
общая масса, т Грузоподъемные устройства: 40,95 113 125 160 87 200
кран-балка грузо- подъемностью, т 3,2 3,2; 5 5 3,2; 5 5 3,2; 5
кран-укосина носо- вая (таль), т 2 1 2 2 2 —
монорельс кормо- вой (таль), т 1 1 1 1 1 2
кран-балка вынос- ная (таль), т 3,2 3,2 3 3 3 3,2
ручная таль 2 5 5 5 3 3
Тип стояночного ди- зель-генератора ДГР50/1500 ДГР50/1500
465
Таблица 10.3
Техническая характеристика земснарядов
(выпускались в основном на Туапсинском механическом заводе)
Показатели Землесосный снаряд
I00-40K 350-50Т 300- 40УП 500-60 500- 70ГЛ 1000-80
Расчетная произво- дительность в грун- тах II группы, м3/ч 120 420 420 650 580 1270
То же, V группы, м3/ч 70 350 210 340 300 630
Дальность транспор- тйрования грунта по горизонтали, км 1,3 2 1,6 2,5 3 3,5
Максимальная глуби- на разработки грун- та, м 12 18 6 15 45 15
Минимальная шири- на прорези по дну при максимальной глуби- не разработки грун- та, м 30 45 11 45 — 53
Минимальная глу- бина разработки,м 3 3,5—4,5 3 4,5 6 6
Масса землесосного снаряда без плавуче- го пульпопровода, т 112 470 385 400 1070 650
Осадка в рабочем состоянии,м 0,74 1,7 1,5 1,1 1,95 1,42
Высота от уровня во- ды (без сваи), м 6,25 11 8,5 12 12,3 14
Установленная мощность, кВт 491,5 К< 2300 )рпус зема 2300 шряда 2970 3543 3130
Тип Габариты корпуса, м: Нераз- борный Разбор- ный Нераз- борный
длина 22,21 38 32,41 37 73,7 45
ширина 8,08 10,4 11 10 15,1 12
высота борта 1,61 2,7 2,5 2,3 2,96 2,85
Число изолирован- ных отсеков 7 10 11 10 33 10
466
Продолжение табл. 10.3
Показатели Землесосный снаряд
100-40К 350-50Т 300- 40УП 500-60 500- 70ГЛ 1000-80
Тип / ЗГМ-1 Грунтовой 20Р-11 насос 20 Р-Н 500-60 28Гру- 1000-80
Производительность 1200 3600 3600 5600 12 5000 11 000
по воде в оптималь- ной рабочей точке, м3/ч Полный напор, м 43 60 60 60 45 80
Предельное значение 50 50 50 48 50 50
вакуума во всасы- вающей трубе, кПа Частота вращения ра- 730 490 490 500 375 297
бочего колеса, мин-1 Диаметр патрубка, мм: всасывающего 300 500 500 600 700 854
напорного 300 500 500 600 580 672
Параметры рабоче- го колеса: число лопаток 3 4 4 4 3 4
диаметр, м 700 1250 1250 1330 1480 2310
ширина, мм 200 300 300 300 400 420
проходной диа- 180 300 300 350 400 350
метр канала, мм Ориентировочный 8 14 14 18 7—14 25
расход воды на уп- лотнение, дм3/с Минимальный на- 46 60 60 70 92,5; 90
пор воды, подводи- мой для промывки сальникового уплот- нения, м Тип опорных под- Сколь- 60 Каче- Сколь-
шипников жения НИЯ жения
467
Продолжение табл. 10.3
Показатели Землесосный снаряд
100-40К 350-50Т 300- 40УП 500-60 500- 70ГЛ 1000-80
Тип упорных под- шипников Шариковый Ролико- вый Шари- ковый Пята Мит- челя
Масса грунтового насоса в сборе, кг Габариты, мм: 2775 9500 9500 16 500 16 852 26 500
длина 2060 3540 3540 4650 3550 2500
ширина 1515 2250 2250 2600 2847 3900
высота 1345 2150 2150 2500 2600 3200
Тип двигателя при- вода Асинхро- нный с ко- роткоза- мкнутым ротором Синх- ронный Асинх- ронный с фазо- вым ро- тором
Напряжение в ста- торе, кВ 6 6 6 6 6 6
Частота вращения, мин-1 740 500 500 500 376 300
Мощность, кВт 380 1250 1600 2437 1250 4400
Масса в сборе, кг 4100 11 900 10 500 21000 20 350 50 000
То же ротора, кг Габариты двигателя, мм: 1250 6000 6400 10 000 7300 20 000
длина 2093 3770 2710 3480 3250 5900
ширина 1585 Грунте 1490 шборное у 2490 >стройсп 3150 гво 2650 5900
Полная длина раз- рыхлителя, м 18,5 25,25 15,1 25 62,5 25
Сменное грунтоза- борное устройство Фрезер- ное, «ло- пата» Фрезер- ное, хобо- тового типа Фрезер- ное
Диаметр фрезы или ротора, мм 1340 1900 2000 2200 1900 2700
Тип фрезы Закрытая Отваль- ная Откры- тая Полу- закры- тая Закры- тая
468
Продолжение табл. 10.3
Показатели Землесосный снаряд
I00-40K 350-50Т 300- 40УП 500-60 500- 70ГЛ 1000- 80
Частота вращения фрезы, мин"1 Диаметр вала, мм: 15 12; 24 12 12 12; 20 12; 18
в нижнем подшип- нике 180 310 240 310 300 360
в пролете 128 260 260 230 300 250
Мощность электро- двигателя, кВт 40 320 250 180 400 310
Напряжение в стато- ре электродвигателя, В 380 6000 380 380 6000 6000
Масса грунтозабор- ного устройства в сборе (при полной длине), т Лебедка для подъе- ма рамы разрыхли- теля: 15,7 73,9 Лебедк 39,2, без опорно- пово- ротной плат- формы и 74,1 328,3 94,8
число 1 1 1 1 2 1
тяговое усилие, кН 25 150 50 100 150 100
скорость на бара- бане, м/мин 11,5 39 25,2 15,65 32 15,65
мощность элект- родвигателя, кВт Лебедка бортовая: 7 125 17 50 100 50
число 2 2 2 2 4 2
скорость на бара- бане, м/мин 0,7—1,4 0,7—16,5 0,7—28 0,77—19 1,2—30 0,58-13,7
тяговое усилие (но- минальное), кН 25 150 150 150 150 (нос), 100 (корма) 250
диаметр каната, мм 17,5 28 28 32 28 36
мощность электро- двигателя, кВт 3; 5 12,5 16 4—12,5 19 8,5—18
частота вращения электродвигателя, мин"1 500; 1000 500; 750; 1000; 1500 260 500; 750; 1000; 1500 600 500; 750; 1000; 1500
469
Продолжение табл. 10.3
Показатели Землесосный снаряд
100-40К 350-50Т 300- 40УП 500-60 500- 70ГЛ 1000-80
способ регулиро- Перею точение Посто- Переклю- Систе- Переклю-
вания скорости полюсов янный чение ма «ге- чение
Лебедка становая но- совая: тяговое усилие (мак- полюсов, коробка передач нератор — дви- гатель— короб- ка пере- дач» полюсов, коробка передач 85
сим аль ное), кН диаметр троса, мм — *» — — 28
скорость на бара- — — — 5,8
бане, м/мин мощность элект- — — 14
родвигателя, кВт Лебедка становая кормовая: тяговое усилие, кН 25 85 70 85
скорость на бара- 11,5 1 ” — 5,8 — 5,8
бане, м/мин диаметр троса, мм 17,5 11ПЧ1НЧ — 28 — 28
мощность электро- 4,5 — — 14 14 14
двигателя, кВт Лебедка сваеподъем- ная: тяговое усилие, кН 25 100 50 100 100
скорость на бара- 11,5 36 24,9 15,65 15,65
бане, м/мин диаметр троса, мм 17,5 32 23,5 32 32
мощность электро- 4,5 46 19 40 40
двигателя, кВт С Тип 'вайный аг парат рабе Напор- >чих пер* При- 'мещений Шагаю- Шагаю-
Рабочая свая: диаметр, мм 529 ный 1020 кольно- напор- ный 530 щий 1020 щий 1020
длина, м 20 30 15 25 27,6
масса (пустая), т 4,165 31 5 21,5 — 21,5
470
Окончание табл. 10.3
Показатели Землесосный снаряд
100-40К 350-50Т 300- 40УП 500-60 500- 70ГЛ 1000-80
Прикольная свая:
диаметр мм — 1020 530 -'1,1
длина, м — 29,35 15 » "'1 — 1 1
масса (пустая), т — 20 5 —
Расстояние между сва- ями, мм 2500 3700 6250 3000 4000
Ход тележки напор- ной связи,м ——— 6 2,5 — -—
Способ подъема сваи Фрикци- онный захват — —— — Фрикци- онный захват
Мощность электро- двигателя напорного механизма, кВт 7 7,5 —
Максимальное усилие, развиваемое напор- ным механизмом, кН / (асосы вспол 150 югательног 50 о водоснс Жжения
Число 2 2 2 2 3 3
Марка ЗК-6 ЭВ200 х 2 ЭВ200 х2 4НДВ ЗВ200х2 ЗВ200х2
Производительность, м3/ч 45 250 250 150 250 250
Полный напор, м 57 92,5 92,5 102 92,5 925
Диаметр напорного патрубка, мм 50 200 200 100 200 200
Частота вращения ва- ла, мин"1 2900 1450 1450 2950 1450 1450
Мощность электро- двигателя, кВт 20 Пла 125 вучий пулы 125 юпровод 80 125 125
Общая длина, м 120 150 150 500 500 500
Диаметр 'груб, мм 350 600 600 700 700 800
Число звеньев 20 25 25 50 50 50
Длина отдельных пон- тонов, м 5,48 6 6 10 10 10
Масса понтона в сбо- ре (без гибкого соеди- нения), кг 1540 4500 4500 7700 7700 10 080
Масса шарового шарнира, кг 303 690 690 1546 1546 ——
471
Таблица 10.4
Техническая характеристика земснарядов,
применяемых в мелиоративном и водохозяйственном строительстве
Показатели Тип земснаряда
УПМ-2 8ПЗУ-ЗМ ЗРС-Г M3-8 M3-6 200-50Р
Тип грунтового на- соса Гр800/40 Гр800/40 ГрУ 1600/50 ГрУ 1600/50 Гр 2000/63 Гр 2000/63
Производительность по грунту, м3/ч 30—50 80 120— 160 ЮО—120 250— 300 180— 250
Дальность транспор- тировки грунта, м 300 600 600 600 1200 1200
Наибольшая глуби- на разработки с ме- ханическим рыхли- телем, м 4,5 6 6 6 8 8
Масса землесосной установки,т 7,4 28 37 29 189 130
Установленная мощность, кВт 47,81 110,325 110,325 165,487 1015 630
Удельный расход го- рючего, кг на 1 м3 вынутого грунта 0,2 0,29 0,3 0,27 —
Число обслуживаю- щего персонала в сме- ну (с учетом рабо- чих на карте намыва) 2 3 3 2 5 5
Средняя производи- тельность труда ра- бочего, м3грунта 80 144 140 140 200 180
Схема выемки породы земснарядом 350-50Л показана на
рис. 10.1.
Земснаряды с погружным грунтовым насосом наряду с целым
рядом технических достоинств имеют существенный недостаток
— ограниченную всасывающую способность основной машины
— грунтового насоса, размещаемого в трюме или на палубе зем-
снаряда. Всасывающая способность насоса лимитирует процесс
грунтозабора как по консистенции, так и по глубине разработки.
Погружение грунтового насоса под горизонт воды позво-
ляет резко повысить консистенцию и увеличить глубину разра-
ботки.
472
Рис. 10.1. Землесосный снаряд 350-50Л;
1 — грунтозаборное устройство; 2 — стрела; 3 — надстройка; 4 — суперструктура; 5 — аппарат напорного устройства; 6 — приколы
ная свая; 7—насосы технического водоснабжения; 8— главный агрегат; 9-—корпус; 10 — всасывающий трубопровод
Обычная глубина разработки земснарядами не превышает
12—15 м. Поэтому одной из основных задач, решение которой
позволит значительно расширить область применения эффек-
тивного гидромеханизированного способа и уменьшить эколо-
гический вред от производства горных работ, является увели-
чение глубины разработки земснарядами.
Во ВНИПИИстромсырье впервые в стране был разработан
погружной моноблочный агрегат для земснаряда. При созда-
нии агрегата были использованы узлы и детали землесоса 20Р-
11М, осевого насоса ОПВ-18000-15 и электродвигателя АНСК-
16-60-12.
На основе опыта эксплуатации моноблочного агрегата
МБ-20Р-11М и в соответствии с заданием целевой комплексной
научно-технической программы во ВНИПИИстромсырье были
разработаны погружные моноблочные агрегаты ПГМ-2500/60
и ПГМ-4000/57 (рис. 10. 2) (табл. 10.5).
На основании выполненных НИР и накопленного опыта
эксплуатации земснарядов с погружными моноблочными агре-
гатами в 1985 г. были испытаны и сданы в эксплуатацию зем-
снаряды 400-1 ООП и 180-60П.
Рис. 10.2. Земснаряд 350-50Л с роторным рыхлителем:
1 •— роторный рыхлитель; 2 — погружной грунтовой насос; 3 — двухопорный вал
474
Таблица 10.5
Техническая характеристика земснарядов
с погружными грунтовыми насосами
Показатели 400-1 ООП 400-70П 300-40П 300-40МП 350-50ЛП 180-60П
Подача насоса, м3/ч 4000 4000 4000 3500 4000/2500 2500
Полный напор при работе по- гружного и бус- терного насо- сов, м 100 100 100 100 100 100
Тип моноблоч- ного агрегата ПГМ- 4000/57 ПГМ- 4000/57 ПГМ- 4000/57 МБ-20Р-11 ПГМ- 4000/57 или ПГМ- 2500/60 ПГМ- 2500/60
Мощность аг- регата, кВт 1250 1250 1250 1000 1250/800 800
Тип бустерного штатного насо- са 20Р- 11МБ 20Р- 11МБ 20Р- 11МБ 20Р- 11МБ 20Р-11М 16ГруТ- 8М
Мощность при- вода бустерно- го насоса, кВт 1250— 1600 1600 1250 1250 1250 600—800
Тип погружно- го двигателя АПС16- 80-12 АПС16- 80-12 АПС18- 80-12 АНСК- 16-60-12 АПС6-80- 12 или АПС16- 45-10 АПС16- 45-10
Частота вра- щения, мин"1 500 500 500 500 500/600 600
Наибольшая глубина разра- ботки (при угле наклона 50°), м 30 20 15 26 30 (угол 63°) 15
Погружение оси насоса при максимальной глубине разра- ботки, м 9,0 8,0 7,2 7,0 9,3 5,0
475
Окончание табл. 10.5
Показатели 400-1 ООП 400-70П 300-40П 300-40МП 350-50ЛП 180-60П
Длина рамы грун- 42 30 19,9 30 34,5 19,5
тозаборного устройства, м Габариты кор- пуса, м: длина 40 36 33 33 40 22,0
ширина 13 9,52 13 13 9,5 9,2
высота борта 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,5
Эффективность применения земснарядов с погружными грун-
товыми насосами подтверждена опытной и промышленной экс-
плуатацией.
Эффективность достигается прежде всего за счет повыше-
ния производительности, а также в результате снижения удель-
ного расхода электроэнергии, уменьшения износа рабочих ор-
ганов погружного насоса, сокращения ремонтов и увеличения
коэффициента использования рабочего времени.
Техническая характеристика модели земснаряда с погруж-
ным грунтовым насосом на базе земснаряда 350-50Л с грунто-
заборным устройством приведена в табл. 10.6. Трехсекционная
рама имеет общую длину 43 м. Секции длиной 13,25 м соединя-
ются между собой болтами. Конструкция грунтозаборного ус-
тройства позволяет осуществить три варианта сборки.
При глубине разработки до 15 м используют концевую сек-
цию рамы с установленными на ней грунтовым насосом, элек-
тродвигателем и соединительным валом. Для такой глубины
разработан вариант с применением роторного рыхлителя кон-
струкции Гидропроекта.
При глубине разработки до 20 м используют головную и
концевую секции рамы, а при глубине 30 м применяют все три
секции — концевую, головную и вставку. В качестве головного
подшипника трансмиссионного вала грунтового насоса исполь-
зуют резинометаллический подшипник.
В зависимости от числа (от одного до трех) последователь-
но установленных на одном валу главных электродвигателей с
равными характеристиками различают три варианта земснаря-
да типа 350-50Л (см. табл. 10.6).
476
Таблица 10.6
Варианты характеристик земснаряда 350-50Л,
оснащенного погружным землесосом
Показатели Вариант в зависимости от числа последо- вательно установленных на валу электро- двигателей
I II III
Подача грунтового насоса, м3/ч 4000
Напор, м 30 60 90
Мощность привода, кВт 630 1250 2000
Частота вращения вала, мин"1 370 500 600
Глубина разработки, м 15; 20; 30
Заглубление грунтового насоса 6,5
при угле наклона 45°, м
Масса грунтозаборного устройст- 60 —
ва, т, при глубине разработки, м:
до 20
до 30 80
Земснаряд 18Э. 100Г(42)3 разработан Гидропроектом на ос-
нове земснаряда 200-50Р.
Основной особенностью земснаряда, отличающей его от про-
тотипа, является оснащение погружным грунтовым насосом. При-
вод погружного насоса марки ГрУ2000/63 выполнен в двух ва-
риантах. В первом варианте привод осуществляется от элек-
тродвигателя типа АН2-15-69-10 обычного исполнения с пере-
дачей вращения посредством двухопорного длинного вала (дли-
на между опорами 7 м). Второй вариант выполнен в виде мо-
ноблочного агрегата ПГМ-2500/60 конструкции ВНИПИИ-
стромсырье. Техническая характеристика варианта представ-
лена ниже.
Земснаряд С55-0000-СБ разработан проектной конторой тре-
ста «Гидромеханизация» Минмонтажспецстроя в 1980 г. для раз-
работки грунтов III—IV групп с глубины до 25 м (рис. 10.3). На
раме грунтозаборного устройства установлен грунтовой насос
ГрУ2000/63, приводимый от серийного электродвигателя АКН-
477
12-15-69 мощностью 800 кВт с частотой вращения 590 мин~*. При
глубине разработки 25 м ось насоса погружается под горизонт
воды на 5,15 м, при этом электродвигатель всегда остается в
надводном положении.
Техническая характеристика земснаряда 18Э.100Г(42)3
Производительность по грунту, м3/ч................. 300
Глубина разработки, м................................ 18
Установленная мощность, кВт.......................... 925
Погружной грунтовой насос ........................... ГрУ2000/63
Мощность привода, кВт................................ 800
Насос гидрорыхлителя................................. НЦВ 250/100А-1П
Осадка земснаряда, м................................. 0,9
Водоизмещение, т..................................... 135
Габариты корпуса, м:
длина............................................. 22,5
ширина............................................. 8,28
высота борта ...................................... 2,1
Габариты земснаряда, м:
длина............................................. 42,5
высота............................................. 8,4
Диаметр трубопроводов, мм ........................... 400
Число разборных блоков............................... 27
Масса наиболее крупного блока, т..................... 17,4
Для работы на глубине до 14 м для земснаряда разработан
специальный фрезерный рыхлитель с приводом от погружного
электродвигателя.
Среди зарубежных земснарядов с такой схемой исполнения
погружных грунтовых насосов следует выделить земснаряды
«ТРН» (Франция), «ХАМ» (Нидерланды), «Элликот» (США), «Ол
Седик» (изготовитель—концерн «Мицубиси», Япония).
По каталогу Рыбинского ОАО «Завод гидромеханизации»
могут быть изготовлены дизельные, электрические и дизель-
электрические плавучие землесосные снаряды (различные моди-
фикации), необходимость которых показала практика эксплуа-
тации. Наименование и обозначение этих земснарядов состав-
лены на основании ОСТ 34-9-590—83 «Земснаряды несамоход-
ные строительные». Обозначение содержит основные техниче-
ские характеристики земснарядов.
478
Рис. 10.3. Земснаряд С55-0000-СБ:
1 — рама; 2 — грунтовой насос; 3 — кардан; 4 — вал; 5 — электродвигатель; 6 — кор-
пус; 7 — козловый кран; 8 — эстакада; 9 — портальная ферма
Техническая характеристика земснаряда С55-0000-СБ
Производительность по грунту, м3/ч............................. 300
Максимальная глубина разработки, м............................. 25
Средняя осадка, м............................................ 0,86
Установленная мощность, кВт.................................... 990
Габариты корпуса, м:
длина....................................................... 23
ширина.................................................... 9,26
высота борта ................................................ 1,56
Габариты земснаряда, м:
длина........................................................ 46,2
высота................................................... 9,37
Диаметр пульпопровода, мм......................................500
479
Ряд моделей земснарядов ОАО «Завод гидромеханизации»
Земснаряд 12Э.40М.63.3(350-50Л). Является модернизацией
известного ранее земснаряда 350-50Л. В процессе модернизации
увеличена глубина разработки с 10 до 12 м, усовершенствован
привод фрезы, усилены оперативные лебедки, усилен свайный ап-
парат, введен стреловой заброс папильонажных якорей. Имеет
фрезерное грунтозаборное устройство, удельное усилие резания
на фрезе 400 Н/см, диаметр всасывающего пульпопровода 630 мм,
напор грунтового насоса 60 м (рис. 10.4). Стреловой заброс дает
возможность перекладки якорей без участия обслуживающего ка-
тера и завозни. Построен на базе грунтового насоса 20Р-11М с
производительностью 3800 м3/ч по пульпе и напором 58 м.
Рис. 10.4. Земснаряд 12Э.40М.63.3 (350-50Л):
1 — привод фрезы; 2 — свайный ход; 3 — напорный пульпопровод; 4 — грунтовой на-
сос; 5 — пульпопровод
Техническая характеристика земснаряда 12Э.40М.63.3 (350-50Л)
Тип................................................. Электрический
Производительность по грунту, м3/ч...................400
Напор, м..............................................56
Глубина разработки, м.................................12
Способ рыхления.......................................Механический
Установленная мощность, кВт...........................1790
Напряжение питающей сети, В...........................6000
Габариты корпуса, м...................................32,2 х 9,5
Средняя осадка, м...................................1,17
Водоизмещение, т..................................:..32О
Цена, долл. США...........................................690 000
480
Земснаряд 12ЭЛ25Г.63.3. Выполнен на корпусе 12Э.40М.63.3.
Фрезерный рыхлитель заменен на гидравлический, свайный ход
— на кормовой папильонаж, учтены конкретные условия экс-
плуатации на канале, где отсутствует необходимость стрелово-
го заброса (рис. 10.5).
Рис. 10.5. Земснаряд 12Э. 125Г.63.3:
1 — насос гидрорыхлителя; 2 — напорный пульпопровод; 3 — грунтовой насос; 4 —
пульпопровод; 5 — гидрорыхлитель
Техническая характеристика земснаряда 12Э.125Г.63.3
Тип...................................................Электрический
Производительность по грунту, м3/ч....................400
Напор, м..............................................56
Глубина разработки, м.................................12
Способ рыхления.......................................Гидравлический
Установленная мощность, кВт...........................2000
Напряжение питающей сети, В...........................6000
Габариты корпуса, м...................................32,2 х 9,5
Средняя осадка, м.....................................1,0
Водоизмещение, т......................................280
Цена, долл. США.......................................600 000
Эжекторно-землесосный снаряд 25Э.50Г.63.3. Грунтозабор-
ное устройство — эжектор с гидрорыхлением, напор насоса
гидрорыхления 50 м, диаметр всасывающего пульпопровода
630 мм, напор грунтового насоса 60 м.
Эжекторно-землесосный снаряд 25Э.50Г.63.3 также предна-
значен для добычи грунта с больших глубин (рис. 10.6). На нем
481
установлено грунтозаборное устройство с эжектором цен-
трального боя. Дополнительный насос подает воду на эжектор
и гидрорыхление грунта. Эжекторное грунтозаборное устрой-
ство проще погружного грунтового насоса в обслуживании, но
уступает ему в экономичности и производительности.
Рис. 10.6. Эжекторный земснаряд 25Э.50Г.63.3:
/ — эжектор; 2 — дополнительный насос; 3 — пульпопровод; 4 — грунтовой насос;
5 — напорный пульпопровод
Техническая характеристика земснаряда 25Э.50Г.63.3
Тип...................................................Электрический
Производительность по грунту, м3/ч....................450
Напор, м..............................................60
Глубина разработки, м.................................15—25
Способ рыхления.......................................Гидравлический
Установленная мощность, кВт...........................2200
Напряжение питающей сети, В...........................6000
Габариты корпуса, м...................................37 х 9,5
Средняя осадка, м.....................................1,1
Водоизмещение, т......................................330
Цена, долл. США.......................................700 000
Земснаряд 25Э.50Г.(63).5. Является модернизацией земсна-
ряда 12Э.40М.63.3 с целью экономичного достижения больших
глубин разработки (рис. 10.7). Оборудован грунтозаборным уст-
ройством с погружным грунтовым насосом напором 50 м. Этот
482
насос работает на пониженных оборотах с электродвигателем
мощностью 800 кВт (для сравнения: мощность привода грунтово-
го насоса в МО — 1250 кВт). Два последовательно работающих
грунтовых насоса позволяют увеличить дальность транспорти-
рования грунта без дополнительной перекачивающей станции.
На земснаряде увеличено водоизмещение и усилен корпус, уси-
лена подвеска рыхлителя, свайный ход заменен на кормовой па-
пильонаж, установлен дополнительный насос гидрорыхления.
Диаметр всасывающего пульпопровода 630 мм. Земснаряд име-
ет два грунтовых насоса, один из которых погружной; суммар-
ный напор грунтовых насосов 90 м.
Рис. 10.7. Земснаряд 25Э.50Г.(63).5:
1 — гидрорыхлитель; 2 — погружной грунтовой насос; 3 — пульпопровод; 4 — грун-
товой насос; 5 — напорный пульпопровод
Техническая характеристика земснаряда 25Э.50Г.(63).5
Тип....................................................Электрический
Производительность по грунту, м3/ч.....................600
Напор, м...............................................90
Глубина разработки, м..................................15—25
Способ рыхления........................................Гидравлический
Установленная мощность, кВт............................2600
Напряжение питающей сети, В............................6000
Габариты корпуса, м....................................37 х 9,5
Средняя осадка, м......................................1,1
Водоизмещение, т.......................................360
Цена, долл. США........................................75 000
483
Земснаряд 12Д30Г.32.1(ЛС-27). Грунтозаборное устройст-
во — с гидравлическим рыхлением грунта, напор насоса гидро-
рыхления 30 м, диаметр всасывающего пульпопровода 325 мм,
напор грунтового насоса 25 м (рис. 10.8).
Рис. 10.8. Земснаряд 12Д.30Г.32.1(ЛС-27):
7 — гидрорыхлитель; 2 — пульпопровод; 3 — дизель-насос; 4 — дизель-генератор; 5 —
напорный пульпопровод; 6 — насос рыхлителя
Техническая характеристика земснаряда 12Д.30Г.32.1(ЛС-27)
Тип...................................................Дизельный
Производительность по грунту, м3/ч....................160
Напор, м..............................................25
Глубина разработки, м.................................12
Способ рыхления.......................................Гидравлический
Установленная мощность, кВт...........................330,98
Габариты корпуса, м...................................18x6,2
Средняя осадка, м.....................................0,75
Водоизмещение, т......................................58
Цена, долл. США.......................................200 000
Земснаряд 8Э.02В.42.3. Земснаряд с глубиной разработки 8 м,
электрический, грунтозаборное устройство оборудовано вибро-
рыхлителем, возмущающая сила вибратора 20 кН, диаметр всасы-
вающего пульпопровода 426 мм, напор грунтового насоса 50 м.
Земснаряды группы 8Э.20М.32.1, 12Э.30Г.32.1, 8Д20М.32.1 и
12Д.30Г.32.1. Являются модернизацией известных ранее зем-
484
снарядов ЛС-27 (ЗРС-2) (рис. 10.9 — 10.12). Имеют разборный
корпус, грунтовой насос ГрАУ1600/25 установлен в МО. Указан-
ные земснаряды разработаны в дизельном и электрическом ис-
полнении с механическим и гидравлическим рыхлением грунта. В
процессе модернизации учтены пожелания эксплуатационников:
• введен транспортный разъем боковых секций корпуса
(транспортный габарит уменьшился с 18 до 9 м);
• сборка секций корпуса между собой выполнена с помо-
щью поперечных балок по палубе (проще сборка корпуса, обе-
спечен визуальный контроль крепления);
• быстроходный дизель грунтового насоса ЗД-12А заменен
на тихоходный 6ЧНСП-18/22-315 (увеличен моторесурс дизеля
до первой переборки с 3000 до 14 000 ч);
• система охлаждения дизеля забортной водой переведена
на замкнутый контур (улучшены условия эксплуатации дизеля
в водоемах с высокой мутностью воды);
® при переходе от грунтозаборного устройства на корпус во
всасывающем пульпопроводе шаровой шарнир заменен на гиб-
кий рукав (повышена надежность, упрощена эксплуатация узла);
® учтены требования Правил постройки и классификации
судов внутреннего плавания Российского Речного регистра. Зем-
снаряды комплектуются плавучим пульпопроводом Ду-300.
Рис. 10.9. Земснаряд 12Э.30Г.32.1 (ЛС-27):
; — гидрорыхлитель; 2 — пульпопровод; 3— электродвигатель; 4—трансформатор; 5 —
напорный пульпопровод; 6 — насос гидрорыхлителя
485
Техническая характеристика земснаряда 12Э.30Г.32.1(ЛС-27)
Тип...................................................Электрический
Производительность по грунту, м3/ч....................160
Напор, м..............................................25
Глубина разработки, м.................................12
Способ рыхления.......................................Гидравлический
Установленная мощность, кВт...........................400
Напряжение питающей сети, В...........................6000
Габариты корпуса, м...................................18 х 6,2
Средняя осадка, м.....................................0,8
Водоизмещение, т......................................60
Цена, долл. США.......................................170 000
Рис. 10.10. Земснаряд 8Э.20М.32.1:
1 — привод фрезы; 2 — свайный ход; 3 — напорный пульпопровод; 4 — трансформа-
тор; 5 — электродвигатель; 6 — пульпопровод
Техническая характеристика земснаряда 8Э.20М.32.1
Тип.....................................................Электрический
Производительность по грунту, м3/ч......................160
Напор, м................................................25
Глубина разработки, м...................................8
Способ рыхления.........................................Механический
Установленная мощность, кВт.............................400
Напряжение питающей сети, В.............................6000
Габариты корпуса, м.....................................18x6,2
Средняя осадка, м.......................................0,8
Водоизмещение, т..........................................60
Цена, долл. США....‘....................................175 000
486
Рис. 10.11. Земснаряд 8Д.20М.32.1 (ЛС-27):
1 — привод фрезы; 2 — свайный ход; 3 — напорный пульпопровод; 4 — дизель-
генератор; 5 — дизель-насос; 6 — пульпопровод
Техническая характеристика земснаряда 8Д.20М .32.1 (ЛС-27)
Тип...................................................Дизельный
Производительность по грунту, м3/ч....................160
Напор, м..............................................25
Глубина разработки, м.................................8
Способ рыхления.......................................Механический
Установленная мощность, кВт...........................330,98
Габариты корпуса, м...................................18 х 6,2
Средняя осадка, м.....................................0,75
Водоизмещение, т......................................58
Цена, долл. США.......................................210 000
Техническая характеристика земснаряда 8Э.40М.(32).1 (ЗЭРП1250/50М)
Тип...................................................Электрический
Производительность по грунту, м3/ч....................200
Напор, м..............................................25
Глубина разработки, м .:..............................8
Способ рыхления.......................................Механический
Установленная мощность, кВт...........................400
Габариты корпуса, м...................................17,5 х 7,2
Средняя осадка, м.....................................0,85
Водоизмещение, т......................................60
Цена, долл. США....................................125 000
487
Рис. 10.12. Земснаряд 8Э.40М.(32). 1 (ЗЭРП1250/50М):
1 — привод фрезы; 2 — напорный пульпопровод; 3 — свайный ход; 4—пульпопровод;
5 — погружной грунтовой насос
Земснаряд 5Д.40М.(22),1 (Проект 8410), Дизельный, с раз-
борным корпусом, гидрофицированный, с погружным грунто-
вым насосом на базе проточной части грунтового насоса
ГрАУ400/20 (рис. 10.13). Рыхление грунта — механическое, фре-
зой. Приводы погружного грунтового насоса и фрезы — гидрав-
лические, от гидро моторов.
Земснаряд снабжен свайным аппаратом напорного типа и
балластной системой для снижения дифферента и увеличения
усилия резания на фрезе при разработке тяжелых грунтов. При-
воды всех механизмов — гидравлические. Земснаряд имеет за-
крытую кабину управления и палубное расположение оборудо-
вания. Транспортировка возможна автомобильным транспор-
том. Обозначение на стадии разработки проекта — ПР.8410.
Земснаряд комплектуется плавучим пульпопроводом Ду-200.
По усмотрению потребителя гибкое соединение секций пульпо-
провода может быть выполнено с помощью армированных ре-
зинотканевых рукавов или шаровых шарниров.
488
Рис. 10.13. Земснаряд 5Д.40М.(22).1 (Проект 8410):
1 — привод фрезы; 2 — дизельная силовая, установка; 3 — напорный пульпопровод; 4 —
понтон-противовес; 5—свайный ход; 6—погружной грунтовой насос; 7—пульпопровод
Техническая характеристика земснаряда 5Д.40М.(22).1 (Проект 8410)
Тип...................................................Дизельный
Производительность по грунту, м3/ч....................60
Напор, м..............................................20
Глубина разработки, м.................................4,5
Способ рыхления.......................................Механический
Установленная мощность, кВт...........................132,4
Габариты корпуса, м...................................11,9 х 3,65
Средняя осадка, м.....................................0,7
Водоизмещение, т......................................20
Цена, долл. США.......................................90 000
Земснаряд 15Э.30Г.(32).1 (ЗЭРП1250/25Г). Обозначение на
стадии рабочего проектирования — ЗЭРП1250/25. Разработан
на базе погружного грунтового насоса ГрАУП 1250/25, установ-
ленного на раме грунтозаборного устройства (рис. 10.14). Зем-
снаряд может иметь при малых глубинах разработки (до 8 м)
механический фрезерный рыхлитель и свайный ход, а при боль-
ших глубинах — гидравлический рыхлитель и кормовой папиль-
онаж. Корпус земснаряда — разборный, катамаранного типа.
Земснаряд может эксплуатироваться на объектах с небольшим
по длительности сроком выполнения работ, с последующим де-
монтажем, перевозкой сухопутным транспортом и сборкой (без
сварки) на новом месте. Земснаряды с погружным грунтовым
насосом могут работать без срыва вакуума на предельно высокой
489
Рис. 10.14. Земснаряд 15Э.30Г.(32). 1 (ЗЭРП1250/50М):
1 — гидрорыхлитель; 2 — погружной грунтовой насос; 3 — пульпопровод; 4 — насос
гидрорыхлителя; 5 — напорный пульпопровод
консистенции, благодаря чему обеспечивается их высокая про-
изводительность и экономичность. Земснаряды комплектуются
плавучим пульпопроводом Ду-300.
Техническая характеристика земснаряда 15Э.30Г.(32)Л (ЗЭРП1250/25Г)
Тип...................................................Электрический
Производительность по грунту, м3/ч....................200
Напор, м..............................................25
Глубина разработки, м.................................15
Способ рыхления.......................................Гидравлический
Установленная мощность, кВт...........................400
Напряжение питающей сети, В...........................6000
Габариты корпуса, м...................................17,5 х 7,2
Средняя осадка, м.....................................0,85
Водоизмещение, т......................................60
Цена, долл. США.......................................125 000
Земснаряд 6Д.20М.22.1 (Проект 400/20/6Д). Дизельный, с
разборным корпусом, с полупогружным грунтовым насосом
ГрАУ400/20 (рис. 10.15). Привод грунтового насоса — дизель
ЯМЗ-236 через карданный вал. Привод фрезы — гидромотор
490
МРФ-1000/25. Рабочее перемещение в забое на пяти гидравличе-
ских лебедках. Земснаряд спроектирован для разработки легких
грунтов. Машинное отделение — открытого типа, от атмосфер-
ных осадков закрывается съемным тентом. Для достижения глу-
бины разработки 6 м, при малых размерах корпуса, в конструк-
цию грунтозаборного устройства введены поддерживающие пла-
вучести из плит армированного полистирола. Рама грунтозабор-
ного устройства имеет два шарнира и управление гидроцилинд-
рами, что позволяет поставить фрезу при добыче грунта в наибо-
лее эффективное положение. Разборность земснаряда обеспечива-
ет его транспортировку любыми видами транспорта и быструю
сборку на новом объекте.
Обозначение на стадии разработки проекта — земснаряд
400/20/6Д.
Земснаряд комплектуется плавучим пульпопроводом Ду-200.
По усмотрению потребителя гибкое соединение секций пульпо-
провода может быть выполнено с помощью армированных ре-
зинотканевых рукавов или шаровых шарниров.
Рис. 10.15. Земснаряд 6Д.20М.22.1 (Проект 400/20/6Д):
1 — привод фрезы; 2 — дизельная силовая установка; 3 — грунтовой насос; 4 — пуль-
попровод
491
Техническая характеристика земснаряда 6Д.20М.22.1 (Проект 400/20/6Д)
Тип...................................................Дизельный
Производительность по грунту, м3/ч....................50
Напор, м..............................................20
Глубина разработки, м.................................6
Способ рыхления.......................................Механический
Установленная мощность, кВт...........................132,4
Габариты корпуса, м...................................8 х 4,4
Средняя осадка, м.....................................0,7
Водоизмещение, т......................................12
Цена, долл. США.......................................60 000
Земснаряд 25Э.50Г.(63).2. Аналогичен земснаряду
25Э.50Г.(63).5. Различие заключается в том, что он предна-
значен для условий эксплуатации, где не требуется большой
напор, а поэтому у него отсутствует грунтовой насос в ма-
шинном отделении.
Электрические земснаряды 12Э.40М.42.3, 12Э.50Г.42.3,
20Э.50Г.(42).5, 20Э.50Г.(42).2 и эжекторно-землесосный
20Э.50Г.42.3. Земснаряды этой группы аналогичны 12Э.40М.63.3,
но за основу принят грунтовой насос ГрАУ2000/63 производи-
тельностью 2000 м3/ч по пульпе. Базовый земснаряд этой груп-
пы 12Э.40М.42.3 ранее выпускался и известен под маркой зем-
снаряд 200-50. Земснаряды этой группы комплектуются плаву-
чим пульпопроводом Ду-400.
Земснаряды 8Э.40М,(25).2 и 15Э.30Г.(25).2, Земснаряд
8Э.40М.(25).2 — электрический, с разборным корпусом катама-
ранного типа, с погружным грунтовым насосом ГрАУП700/40.
Земснаряд выпускался под обозначением ЗЭК700/40. Имеет фре-
зерное грунтозаборное устройство с глубиной разработки до
8 м и оснащен свайным ходом прикольного типа.
Земснаряд 15Э.30Г.(25).2 отличается тем, что фрезерное грун-
тозаборное устройство заменено на гидравлическое и свайный
ход — на кормовой папильонаж. Земснаряды комплектуются
плавучим пульпопроводом Ду-300.
492
ОАО «Финансово-промышленная корпорация «Гидромех-
строй» совместно с голландской фирмой IHC приступили к ре-
ализации широкой программы по выпуску нового типа земсна-
рядов, отвечающих мировым стандартам. Для производства в
России земснарядов типа IHC Beaver для нужд России и стран
СНГ образован Консорциум с участием фирмы IHC и ФПК «Гид-
ромехстрой». Выпускаемые в России земснаряды типа IHC Bea-
ver будут адаптированы к конкретным местным условиям.
Земснаряд IHC Beaver 400 известен своей прочной, техниче-
ски проверенной конструкцией, хорошей управляемостью и вы-
сокой производительностью (табл. 10.7, рис. 10.16).
Настоящий усовершенствованный диапазон стандартных
разборных земснарядов охватывает шесть основных моделей.
Земснаряд IHC Beaver 400 является одним из основных приме-
ров этого диапазона. Корпус земснаряда выполнен в виде ка-
тамарана из четырех понтонов, обе части катамарана связыва-
ются между собой межпонтонным соединением в корме и пор-
тальной фермой в носовой части. Рама грунтозаборного ус-
тройства закреплена шарнирно на понтонах катамарана в кор-
мовой части. Размеры всех необходимых узлов позволяют без
затруднений осуществить их доставку к месту назначения сухо-
путным, железнодорожным или водным транспортом. Земсна-
ряд оснащен так, что его понтоны могут быть собраны и разо-
браны за минимальные сроки посредством использования бол-
товой конструкции на уровне палубы и захватов (зацепов) в
нижней части земснаряда.
Конструкция земснаряда включает в себя уникальный ком-
пактный погружной грунтовой насос с приводом через пони-
жающую гидравлическую коробку передач и системой водяно-
го охлаждения, фрезу, две папильонажные и рамоподъемную
лебедки, управляемые из кабины, дизельный двигатель (или же
электрический двигатель) и вспомогательные механизмы, на-
порный трубопровод. Фреза, рамоподъемная и две папильо-
нажные лебедки приводятся в действие гидравлическими мото-
рами.
493
Технические характеристики землесосных снарядов
Таблица 10.7
Основные показатели Beaver IHC (Holland - ФПК «ГМС») ОАО «Землесосные снаряды» (г. Ярославль)
300 400 600 1200 12Э40М423 (200-50) 12Э40М633 (350-50Л) 25Э50Г(63)5
Производительность по грунту, м3/ч (при дальности транспортировки 500 м) 180 380 480 680 200 400 600
Мощность грунтового на- соса, кВт 175 260 390 610 630 1250 800 (погружно- го); 1250, 2050 (трюмного)
Общая мощность, кВт 240 339 467 826 1000 1790 2600
Диаметр напорного пуль- попровода, мм 250 350 400 450 426 630 630
Полная масса земснаряда (без плавучего пульпопровода), т 23 50 45 75 132 320 360
Масса плавучего пульпопро- вода L = 150 м, т 5 6 6 6 66 95 95
Отпускная цена (без стоимо- сти пульпопровода), долл. США 443 410 510 000 724 100 1 034 100 400 000 690 000 750 000
Стоимость пульпопровода L = 150 м, долл. США 14 000 25 000 25 700 26 000 75 900 89 700 89 700
Стоимость комплекта, долл. США 457 410 535 000 749 800 1 060 100 475 900 779 700 839 700
Тип привода, энергоснабже- ние Дизельный, автономное Электрический, ЛЭП (6 кВ)
Удельная энергоемкость на добычу 1 м3 грунта 1,33 1,14 0,97 1,21 5 4,47 4,33
Число рейсов большегруз- ной автомобильной техни- ки при перевозке земснаря- да с пульпопроводом 4 7 7 9 39 43 48
Численность вахтового об- служивающего экипажа 9 9 9 9 15 15 15
IHC Beaver 400 с дизельным и электрическим приводом
Характеристика
Полностью монтируется и тестируется перед доставкой.
Простой в использовании, быстрая сборка и разборка на запасные части.
Готов для использования по доставке к месту назначения.
Стандартный дизайн, быстрая доставка и низкие цены.
В наличии имеются любые запасные части.
Доставка осуществляется сухопутным, железнодорожным и водным транспортом.
Надежная гидравлическая система.
Система водяного охлаждения.
Очень экономичен в расходе топлива.
Достаточно одного рабочего для управления.
Предлагается широкий выбор оборудования и запасных частей.
Основные детали
Общая длина, включая раму, м.................... 27
Длина понтонов, м............................... 20
Ширина, м....................................... 5,2
Высота понтона, м............................... 1,2
Максимальная глубина разработки, м.............. 14
Диаметр напорного трубопровода, мм.............. 350
Общая масса, т.................................. 50
Освещение
Напряжение...................................... 24 В (220 В — с элек-
тродвигателем)
Сила тока ...................................... 200 А (50 А — с элек-
тродвигателем)
Фреза
Тип ............................................ IHC 830-50
Мощность на валу, кВт........................... 30
Диаметр, мм..................................... 830
Максимальная частота
вращения, об/мин................................ 35
Лебедки *
Тип............................................. Папильонажные
Усилие, кН ..................................... 25
Максимальная скорость
выбирания троса, м/мин ......................... 22
Диаметр барабана, мм .......................... 279
Диаметр каната, мм ............................. 12
Привод.......................................... Независимый
гидравлический
* Две папильонажные лебедки поставляются с канатами длиной 100 м и
якорями массой в 360 кг.
496
Грунтовой насос с дизельным приводом
Тип..............................................IHC 740-225-300
Мощность на валу, кВт............................260
Главный двигатель:
тип .............................................Caterpillar 3408 D1-TA
мощность, кВт.................................339
частота вращения, об/мин.....................1800
Расход топлива, г/кВт-ч.........................217
Диаметр напорного пульпопровода, мм.............250
Максимальная глубина разработки, м.............. 14
Грунтовой насос с электрическим приводом
Тип..............................................ШС 740-225-300
Мощность на валу, кВт............................260
Электрический двигатель:
мощность, кВт..................................... 400
частота вращения, об/мин....................... 1500
напряжение, кВт................................б
Диамегр напорного пульпопровода, мм..............250
Максимальная глубина разработки, м............... 14
Примечание. Грунтовой насос приводится в действие через понижаю-
щую гидравлическую коробку передач (686 об/мин).
Рис. 10.16. График производительности в зависимости от состава грунтов и
дальности транспортирования:
А — песок тонкий, пылеватый крупностью 100 мкм; В — песок мелкий, 235 мкм; С —
песок средней крупности, 440 мкм; D — песок крупный, 1,3 мм; Е — гравий средней
крупности 7,0 мм
497
10.2. Способы вскрытия карьерных полей
(месторождений )
Вскрывающие горные выработки обеспечивают грузотранс-
портную связь между рабочими горизонтами (уступами разра-
ботки) и пунктами приема горной массы на поверхности (ги-
дротранспортные установки последующих подъемов, обогати-
тельные фабрики, карты намыва полезного ископаемого, гид-
роотвалы).
Способы вскрытия месторождений зависят от расположе-
ния карьерного поля относительно водоема, мощности залежи
полезного ископаемого и вскрышных пород, горно-геологиче-
ских и гидрологических условий, рельефа местности. Работы по
вскрытию месторождения и подготовке его к разработке отно-
сятся к горно-капитальным.
Классификация способов вскрытия, по Г.А. Нуроку, по-
строена с учетом принципа расположения, назначения и числа
вскрывающих выработок (табл. 10.8).
При определении способа вскрытия карьерного поля и мес-
та расположения вскрывающей выработки проектировщик не-
вольно сталкивается с необходимостью параллельного выбора
системы разработки и направления развития фронта горных ра-
бот.
Вскрытие котлованом. Начальными котлованами вскры-
вают обычно пойменные и притрассовые месторождения, уда-
ленные от водотоков и водоемов. Котлованы могут иметь внеш-
нее и внутреннее (центральное или фланговое) расположение по
отношению к карьерному полю. Их местоположение определя-
ется условиями удобства монтажа земснарядов и возможно-
стью поступления воды извне (самотеком, подкачкой насосами)
при недостатке грунтовых вод или работе на обороте воды.
Котлован обычно прямоугольной формы (табл. 10.9) подго-
тавливают бульдозером или экскаватором. Монтируют зем-
снаряд в котловане или рядом, а затем сталкивают его в котло-
ван (рис. 10.17). После ввода земснаряда в эксплуатацию он уг-
лубляет котлован до отметки дна карьера и расширяет его.
498
Рис. 10.17. Схема вскрытия место-
рождения котлованом:
I — земснаряд; 2 — пульпопровод; 3 —
лебедки для спуска понтона земснаряда;
4 — котлован; 5 — контур карьерного
поля; 6 — стапель; 7 — вскрышной уступ
Таблица 10.8
Способы вскрытия месторождений,
разрабатываемых земснарядами (по Г.А. Нуроку)
Способ вскрытия Варианты вскрытия
Вид и число вскры- вающих выработок Расположение выработок Обеспечение водой
I. Вскрытие на- чальными котло- ванами Отдельные котло- ваны (каждый уступ вскрывается одним котлованом) Групповые котлова- ны (группа вскры- вается одним кот- лованом) Общий котлован, вскрывающий все уступы Внешнее Внутреннее фланговое То же, централь- ное Использование по- верхностных или грунтовых вод Самотечная подача воды из водоисточ- ника. Закачка воды в котлован Комбинирование способов
II. Вскрытие тран- шеями Отдельная общая траншея Несколько общих траншей Внешнее Внешне-внутре- ннее централь- ное и фланговое заложение Использование во- ды водоисточника, из акватории кото- рого проходит тран- шея в границах карь- ерного поля, а так- же грунтовых и по- верхностных вод
III. Вскрытие за- воднением поверх- ности Обвалование пло- щади карьера Центральное Закачка воды в об- валованное простран- ство
499
Окончание табл. 10.8
Способ вскрытия Варианты вскрытия
Вид и число вскры- вающих выработок Расположение выработок Обеспечение водой
III. Вскрытие за- воднением поверх- ности Подъем уровня во- ды в водоисточнике плотинами Фланговое Подъем уровня во- ды плотинами
IV. Бестраншейное вскрытие при на- личии водоема — Использование во- ды из водоема
V. Комбинирован- ное вскрытие Комбинирование способов вскрытия
Таблица 10.9
Минимальные размеры начального котлована для земснарядов
Параметр Производительность земснаряда по воде, м3/ч
< 1300 1300 — 2200 2200 — 4000 >4000
Глубина воды, м 2 2,5 3,5 4,5
Размеры котлована по дну, м:
ширина 20 20 25 30
длина 30 40 50 55
Вскрытие траншеей. Пойменные песчано-гравийные место-
рождения, расположенные вблизи водотоков и водоемов, вскры-
вают земснарядом, оставляя обычно береговой целик шириной
50—80 м. Для ввода земснаряда и подачи воды из реки прово-
дят траншею внешнего заложения. Внешнюю траншею из реки
проводят земснарядом или экскаватором в зависимости от свойств
грунтов. Для отделения карьера от реки траншею пересыпают
перемычкой, в которой укладывают трубу с задвижкой для ре-
гулирования горизонта воды в карьере (рис. 10.18).
Ширина траншеи по дну при проведении ее экскаватором
должна быть на 2—3 м больше ширины земснаряда. При раз-
работке траншеи земснарядом ее ширина по дну должна быть
не меньше ширины заходки земснаряда (табл. 10.10).
На обводненных месторождениях с необводненной толщей
рыхлых вскрышных пород, разрабатываемых гидромонитора-
ми, вскрышной горизонт вскрывается пионерным котлованом.
Добычной горизонт также вскрывается котлованом (см. рис. 7.4).
500
Рис. 10.18. Схема вскрытия месторождения траншеей:
1 — земснаряд; 2 — пульпопровод; 3 — котлован; 4 — контур карьерного поля; 5 —
река; 6 — перемычка; 7 — траншея; 8 — задвижка; 9 — труба
Таблица 10.10
Показатель Производительность земснаряда по воде, м3/ч
< 1100 1100 — 2200 2200 — 4000
Глубина воды, м Ширина траншеи по уров- ню воды, м 2 20 2,5 30 3,5 35
На обводненных месторождениях с необводненной толщей
плотных пород вскрыши, разрабатываемых экскаваторами,
вскрышной горизонт вскрывается наклонной траншеей внешне-
го (внутреннего) заложения с последующим проведением раз-
резной траншеи и ее разбортовки. Добычной горизонт вскры-
вается котлованом (рис. 10.19).
Общие траншеи (на два уступа и более), необходимые для
вскрытия полезной толщи на большой глубине, разрабатывают
путем врезки земснарядом в высокий берег из реки или устрой-
ством общего котлована.
Вскрытие заводнением. При недостаточном для работы
земснаряда горизонте грунтовых вод карьерное поле вскрыва-
501
ют способом заводнения поверхности (подъема воды), для чего
устраивают дамбы (плотины). Опыт работы в Западной Сибири
показал возможность
использования пони-
женных мест рельефа
местности, затаплива-
емых в период поло-
водья (рис. 10.20, а, б).
Бестраншейное
вскрытие. Бестраншей-
ное вскрытие земсна-
рядом применяют при
разработке русловых
месторождений и дно-
углубительных рабо-
тах (рек, озер, болот).
Расчет объемов ко-
тлована, траншеи и на-
клонного съезда следу-
ет проводить по фор-
мулам (7.4) и (7.5).
Рис. 10.19. Схема вскрытая
песчано-гравийного место-
рождения с использовани-
ем экскаваторов-мехлопат
и земснарядов:
1 — мехлопата; 2 — автосамо-
свал; 3 — земснаряд; 4 — пла-
вучий пульпопровод; 5 — ма-
гистральный пульпопровод; 6
— котлован; 7 — наклонная
траншея внешнего заложения
Рис. 10.20. Схемы вскры-
тия месторождения завод-
нением:
а — посредством подъема уров-
ня воды в реке; б — посредст-
вом обвалования и заводнения
участка работы; 1 — землесо-
сный снаряд; 2 — трубопровод;
3 — плотина; 4 — граница за-
воднения; 5 — река; 6 — дам-
ба обвалования; 7 — водовод
502
10,3. Системы разработки месторождении
10.3.1. Выбор и обоснование системы разработки
Землесосные снаряды в основном используются при разра-
ботке месторождений горизонтального и пологого залегания,
представленных мягкими или плотными полезными ископае-
мыми. Мягкие или разнородные полезные ископаемые харак-
терны для песчано-гравийных месторождений.
Выбор и обоснование системы разработки указанных ме-
сторождений осуществляется по классификации В.В. Ржевского.
Все системы разработки по этой классификации, как из-
вестно, подразделены на две группы. К первой отнесены систе-
мы с постоянным положением рабочей зоны, которая практи-
чески остается неизменной на весь период эксплуатации место-
рождения. Эти системы разработки характерны для горизон-
тальных или пологих месторождений. Подготовительные рабо-
ты на таких месторождениях обычно завершаются созданием
первичного фронта вскрышных и добычных работ. Системы раз-
работки горизонтальных и пологих залежей в период эксплуа-
тации характеризуются только порядком вскрышных и добыч-
ных работ, изменениями дайны фронта работ или высоты от-
дельных уступов. Так как большинство месторождений песка и
гравия характеризуется горизонтальными или пологими зале-
жами, то эта группа систем разработки имеет наибольшее рас-
пространение на песчаных, песчано-гравийных или гравийно-
песчаных карьерах (сплошные системы разработки). Ко второй
группе систем разработки относятся системы с переменной ра-
бочей зоной (углубочные системы разработки). Эти системы
разработки характерны для наклонных и крутонаклонных за-
лежей. При разработке таких месторождений плавучие земле-
сосные снаряды могут использоваться только при строительст-
ве карьеров (на передовых уступах).
Варианты сплошных систем разработки (по В.В. Ржевско-
му) при использовании плавучих землесосных снарядов в зави-
симости от направления выемки в плане:
• продольная, когда фронт (однобортовой или двухборто-
вой) вскрышных и добычных работ перемещается параллельно
длинной оси карьерного поля;
* Раздел написан совместно с горн. инж. Н.И. Исаевой.
503
• поперечная, когда фронт работ перемещается параллель-
но короткой оси карьерного поля;
• веерная, когда фронт работ перемещается по вееру с цен-
тральным (общим) или рассредоточенным (два и более) пово-
ротными пунктами;
• кольцевая, когда рабочая зона охватывает все борта по
периметру карьера и разработка ведется кольцевыми полосами
от центра (центральная) к границам карьерного поля или от
границы к центру (периферийная).
Для выполнения горных работ с использованием земснаря-
да составляют технологические карты, в которых предусматри-
вается выполнение всего комплекса работ по разработке поро-
ды в забое, транспортированию ее по пульпопроводу и укладке
в сооружения, а также выполнение всех вспомогательных опе-
раций по обслуживанию земснаряда, плавучего магистрально-
го и рабочего пульпопроводов и средств связи. До начала ос-
новных работ должны быть выполнены следующие подготови-
тельные работы: монтаж магистрального пульпопровода, под-
готовка берегового включения и организация электроснабже-
ния, освещение и др. Разработка участков должна осуществ-
ляться согласно их очередности (рис. 10.21). Длину плавучего
пульпопровода необходимо принимать в зависимости от рас-
стояния и высоты транспортирования пульпы, сокращая ее до
50—100 м при предельных расстояниях проектирования и уве-
личивая до 300—400 м при небольшом расстоянии транспорти-
рования. Расстояние между местами берегового подключения
принимается равным длине плавучего пульпопровода. Вспомо-
гательные операции (укладка и переукладка якорей, удлинение
и укорачивание плавучего пульпопровода, заводка конца пла-
вучего пульпопровода к месту нового подключения, перемеще-
ние земснаряда в пределах забоя) осуществляются с помощью
буксирного катера.
Разбивка карьерного поля на блоки, карты и прорези (по А.И.
Харину). После установления размеров прорези (ширины заход-
ки) карьерное поле разбивают на блоки и карты, ограничи-
вающие зоны работы каждого земснаряда. Эта работа наиболее
сложная, требует творческого подхода и предполагает рассмот-
рение нескольких вариантов. Разбивка на блоки производится
в соответствии с установленным числом земснарядов, порядком
ввода их в карьер и расположением относительно реки.
504
Рис. 10.21. Односторонняя (а) и двухсторонняя (б) схемы разработки место-
рождения земснарядом:
7 — земснаряд; 2 -- плавучий пульпопровод; 3 — береговой пульпопровод; 4 — берего-
вое подключение плавучего пульпопровода 1-й очереди; 5 — то же, 2-й очереди; 1-1,1-2..,
— очередность выемки участков
Каждый блок разбивается на прорези и карты из условия,
чтобы от одного берегового подсоединения разрабатывался мак-
симальный объем грунта. Это достигается следующим образом:
вначале разрабатывают головную прорезь, а затем перпенди-
кулярно ей проводят две или три рабочих прорези (рис. 10.22, а).
В случае если головная прорезь узкая и в ней не размещается
свернутый плавучий пульпопровод, проводят две рядом распо-
ложенные головные прорези (рис. 10.22, б). Длина головной
прорези принимается кратной или трем размерам ширины ра-
бочей прорези. Приведенные на рисунках два варианта разбив-
ки карты на прорези являются типичными и могут служить ти-
повым решением при разработке береговых карьеров. Нумера-
цию прорезей ведут в пределах каждого блока собственную
(цифры в кружках), стрелками указывают направление разра-
ботки и записывают номер соответствующего подсоединения
(ПС) к береговому пульпопроводу.
При разработке грунта в русловых карьерах магистральный
пульпопровод от берега реки до глубины 1,5—2 м монтируют
на эстакаде, а далее подсоединяют плавучий пульпопровод и
последовательно разрабатывают прорези на полную длину
плавучего пульпопровода.
Практически, приступая к разбивке карьерного поля на про-
рези, приходится корректировать типовую разбивку на карты,
в особенности когда в карьере работает несколько земснаря-
дов. В последнем случае рассматривают варианты ввода зем-
снарядов в карьер. Земснаряды можно ввести или через одну
пионерную прорезь, или каждый земснаряд вводят через свою
прорезь. Очевидно, что выбор варианта зависит от расстояния
между бортом карьера и берегом реки, срока строительства и
числа земснарядов. При вводе через одну прорезь земснаряды
вступают в работу не одновременно, а только после создания в
акватории карьера необходимого фронта работы для других
земснарядов. Магистральные пульпопроводы располагают на
таком расстоянии от бровки откоса карьера, чтобы не было
опасности их оползания.
На рис. 10.23 показана схема разработки карьерного поля тре-
мя земснарядами.
506
Рис. 10.22. Типовая схема разбивки на прорези при одной (а) и двух (<5) голов-
ных траншеях:
1 — береговой пульпопровод; 2 — патрубки для подсоединения плавучего пульпопро-
вода; 3 — пионерная прорезь; 4 — рабочие прорези; 5 — земснаряд; б — плавучий
пульпопровод; /— VIII — очередность разработки прорези
Варианты сплошной сис-
темы разработки карьерных
полей с использованием земле-
сосных снарядов приведены на
рис. 10.24—10.26.
Рис. 10.23. Схема разработки карьер-
ного поля тремя земснарядами, вводи-
мыми через две пионерные траншеи:
I, 2, 3 — земснаряды; 4 — плавучий пуль-
попровод; 5 — магистральный пульпо-
провод; 6 и 7 — пионерные траншеи; I—IV
— очередность разработки
507
Рис. 10.24. Сплошная поперечная
система разработки руслового карь-
ерного поля:
1 — землесосный снаряд; 2 — магист-
ральный пульпопровод на эстакаде; 3 —
плавучий пульпопровод; 4 — береговое
подключение плавучего пульпопровода;
В — ширина заходки земснаряда; L —
расстояние между подсоединениями пла-
вучего пульпопровода; 1 — 20 — очеред-
ность выемки
Рис. 10.25. Сплошная поперечная си-
стема разработки пойменного карь-
ерного поля:
1 — землесосный снаряд; 2 — магист-
ральный пульпопровод; 3 — плавучий
пульпопровод; 4 — береговое подключе-
ние плавучего пульпопровода; 5 — кон-
тур карьерного поля; 6 — дамба-
перемычка с трубой и задвижкой; 7 —
борт уступа растительного слоя
Рис. 10.26. Система разработки Кошехабельского песчано-гравийного месторождения:
1 — землесосные снаряды 400-1 ООП с погружным насосом ЛГМ-4000/57; 2 — экскаватор ЭО-5115 полноповоротный, канатный, ди-
зельный с ковшом прямая лопата вместимостью 1,2 м3 (Костромской экскаваторный завод «Красный металлист»); 3 — бульдозер ДЗ-
110В гидравлический на тракторе Т-130 МГ-1 мощностью 118 кВт (Челябинский завод дорожных машин им. Калющенко); 4 — экска-
ваторы ЭО-25038 полноповоротные, канатные, дизельные с ковшом прямая лопата вместимостью 2,5 м3 (Воронежский экскаваторный
завод им. Коминтерна); 5 — автосамосвал КрАЗ-25В; 6 — колодцы; 7 — землесосная станция с землесосом ГрУ800/40; 8— плавучая
насосная станция 2 х Д500-65; 9 — отвал вскрышного грунта; 10— отвал растительного грунта
10.3.2. Производительность землесосных снарядов
Для достижения эффективного грунтозабора машинист зем-
снаряда должен с учетом конкретных геологических и горно-
технических условий (группа грунта, гранулометрический со-
став, глубина разработки и т. д.) обеспечить непрерывность про-
цесса разработки грунта, регулировать консистенцию пульпы и
загрузку всасывающего пульпопровода, не допуская срыва ва-
куума и работы грунтового насоса в кавитационном режиме, и
напорного с учетом дальности гидротранспортирования грун-
та и возможной забивки пульпопровода грунтом.
Оптимальному режиму работы земснаряда соответствует его
максимальная производительность по грунту в конкретных ус-
ловиях с использованием номинальной мощности двигателя
грунтового насоса. Контроль за режимом работы ведут по по-
казаниям приборов, расположенных на пульте в рубке управ-
ления земснарядом. На шкалах контрольных приборов должны
быть нанесены границы показаний (наносят две линии: крас-
ную и черную), определяющих оптимальный режим работы
земснаряда в данных условиях: для вакуумметра — максималь-
ное (вне зоны кавитации) и минимальное (при работе на воде)
допустимые значения вакуума; для манометра — максимальное
допустимое давление, соответствующее началу заиления пуль-
попровода; для амперметра двигателя грунтового насоса —
максимально допустимая (номинальная по паспорту двигателя)
и минимальная нагрузки, соответствующие началу заиления.
Необходимое сочетание параметров вакуумметра, моно-
метра и амперметра с целью достижения оптимального режима
достигается умелым маневрированием скоростями рабочих пе-
ремещений земснаряда и грунтозабора.
Потребную производительность земснарядов по породе оп-
ределяют исходя из общего объема породы, подлежащей раз-
работке.
Производительность, м3/ч, земснаряда по гидросмеси
С, Го
(10.1)
или Qr = — (при уо = 1 т/м3)
(10.2)
510
где уо, Yr — соответственно плотность воды и гидросмеси (табл.
10.11), т/м3; Sb — подача грунтового насоса по воде, м3/ч;
Таблица 10.11
Плотность гидросмеси уг, т/м3
Расход воды для разработки и транспортирования 1 м3 фунта 6/, м3 Средняя плотность грунта, т/м3
2,0 2,2 2,5 2,6 2,65 2,7 2,8
4 1,14 1.17 1,21 1,22 1,23 1,23 1,25
5 1.Н 1.14 1,17 1,18 1.19 1,19 1,20
6 1,09 1,13 1,15 1,15 1,16 1.17 1,18
7 1,08 1,11 1,13 1.14 1,14 1,14 1,15
8 1,07 1,09 1.11 1,12 1,12 1,13 1,13
9 1,07 1,08 1,11 !,П 1,11 1,12 1,12
10 1,06 1,07 1,09 1,10 1,10 1,10 1,11
11 1,05 1,06 1,08 1,09 1,09 1,10 1,10
12 1,05 1,06 1,07 1,08 1,08 1,09 1,09
14 1,04 1,05 1,06 1,07 1,07 1,07 1,08
15 1,04 1,05 1,06 1,07 1,07 1,07 1,07
16 1,04 1,05 1,06 1,06 1,06 1,07 1,07
18 1,04 1,04 1,05 1,05 1,06 1,06 1,06
20 1,03 1,04 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05
22 1,03 1,04 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05
Yr = II о х -i s 7 /я) ) ’ (10.3)
здесь q — удельный расход воды, м3/м3; т — пористость поро- ды (твердого), доли ед.; ут — плотность породы (твердого), т/м3. Техническая производительность (максимальная), м3/ч, зем- снаряда по породе (грунту)
ет = Q г (10.4)
q + (1 -т) *
Производительность земснаряда по породе за сезон м3 /год, (год),
а = й N ^ом t -^см ^МС ^3 с (10.5)
511
где N — число рабочих дней в году; лсм — число рабочих смен в
сутки; t — продолжительность смены, ч; ХсМ — коэффициент ис-
пользования внутрисменного времени в зависимости от способа
укладки грунта и вида насыпи; Кмс — коэффициент, учитывающий
межсменные, цельносуточные и другие простои (принимают рав-
ным 0,9); Кп. с — коэффициент, учитывающий работу земснаряда
совместно с перекачивающими станциями (принимают при рабо-
те: одной ступени перекачки — 1,05; двух ступеней — 1,1; трех сту-
пеней — 1,15); К3 — коэффициент, учитывающий засоренность
грунта в карьерах пнями, корнями, топляками, деревьями, валуна-
ми, камнями, болотной и водяной растительностью, вызывающи-
ми простои установок гидромеханизации продолжительностью бо-
лее 5 % длительности рабочей смены при общей продолжительно-
сти остановок (СНиП IV-5—80, техническая часть, п. 3.155 —
3.159): свыше 5 %—К3^ 10—1,02; 10—15 % — К3 = 1,05; 15—20 %
— К3= 1,1; 20—25 % — К3= 1,15; 25—30 % — К3= 1,2.
Коэффициент Ксм внутрисменного использования земснаря-
да по времени при безэстакадном и низкоопорном способах на-
мыва (ЕНиР 2-2, табл. 11) приведен ниже.
Вид работ Кем
Сброс пульпы в водоем или отвал 0,85
без устройства обвалования
Укладка грунта в отвал с устройством 0,8
обвалования, намыв сооружений под воду
или односторонний намыв сооружений
Намыв широкопрофильных частей 0,75
сооружений, площадей или штабелей
Намыв узкопрофильных частей 0,6
сооружений или штабелей
Продолжительность простоя установок гидромеханизации
из-за засоренности грунтов в карьерах и выемках устанавлива-
ют проектом на основании инженерно-геологических изыска-
ний. Время простоя из-за засорения забоя определяют в про-
центах, исходя из отношения общего времени простоя по этой
причине к общему времени рабочих смен за соответствующий
период работы без учета цельносменных простоев машин и ус-
тановок гидромеханизации.
При разработке и гидроклассификации песчано-гравийных
грунтов эксплуатационная производительность земснаряда по
грунту, м3/год,
512
3
(10.6)
Q=Q Nn tK
iz-r -&T CM r
где Kr — коэффициент использования рабочего времени зем-
снарядом в течение года, зависит от содержания гравия в раз-
рабатываемой смеси
Содержание гравия, %,
в песчано-гравийной смеси...До 5 5—20 20—40 40—60
Я7......................... 0,7 0,65 0,6 0,52
Тип и число земснарядов определяют по потребной сезонной
производительности с учетом горно-геологических условий
карьера, вида сооружения, приемной способности карт намыва,
характеристики и производительности земснарядов (табл. 10.12).
Производительность землесосных снарядов с погружным
грунтовым насосом определяется глубиной разрабатываемого за-
боя, величиной погружения, характером грунта, параметрами
погружного насоса (всасывающей способностью, напором), ус-
ловиями гидротранспорта.
Таблица 10.12
Месячная производительность земснарядов
(по объему грунта, разработанного в карьере), тыс. мЛ
Условная производительность земснаряда по грунту, м3/ч Группа грунтов
I П Ш IV V VI VII
80 44 35 29 23 18 15 13
140 66 53 43 34 27 22 19
200 95 76 26 49 39 32 28
400 189 151 124 97 77 64 55
Определение производительности земснаряда выполняется
в три этапа. Сначала рассчитывают всасывающий тракт (вса-
сывающую линию), при этом определяют максимальную плот-
ность гидросмеси, при которой насос работает в бескавитаци-
онном режиме. Затем рассчитывают гидротранспорт при вы-
бранной плотности и пересчитывают характеристику насоса с
воды на гидросмесь. В том случае, когда принятая, максимально
возможная из условия всасывания, плотность гидросмеси ока-
зывается слишком высокой для гидротранспорта, т. е. слишком
велики потери напора, гидротранспортную систему и характе-
ристики насоса пересчитывают на меньшую плотность гидросме-
513
си до тех пор, пока условия гидротранспорта обеспечат работу
земснаряда (его грунтового насоса) в оптимальном режиме.
Расчет всасывающего тракта погружного грунтового насо-
са выполняется из условия его работы в бескавитационном ре-
жиме. При этом допустимая высота всасывания насоса совме-
стно с геометрическим подпором, связанным с погружением, дол-
жна быть равной или больше суммы гидравлических сопротив-
лений во всасывающем трубопроводе, геометрической высоты
подъема гидросмеси во всасывающем трубопроводе и скорост-
ного напора. При расчете удобнее пользоваться не вакууммет-
рической высотой всасывания, а статической ЯЛ доп. г. Это усло-
вие описывается неравенством
(10.7)
где Hs доп. г — статическая допустимая высота всасывания гид-
росмеси, м;
У доп. г
г _ — 1 Q Уг
,д°п.о 2g у0
(10.8)
где Hs доп. о — допустимая вакуум метрическая высота всасыва-
ния гидросмеси, м; Кс — скорость во всасывающем патрубке
грунтового насоса, м/с; g — ускорение свободного падения; уг и
уо— плотность соответственно гидросмеси и воды, т/м2; Hz —
геометрический подпор, связанный с глубиной погружения
грунтового насоса, м; zp и zn — соответственно глубина разра-
ботки и погружения оси грунтового насоса, м; ~ «Умма
потерь напора на всасывающей линии, м,
£ДЛВС = ДА,, + ДА, + ДАМ + ДАвх, (10.9)
где ДА,, — скоростной напор, м,
ДА
V
(10.10)
где ДА,— потери напора на преодоление сил трения по длине
всасывающего трубопровода, м,
514
д^'гДЛо. , (10.11)
У г
где 4 — удельные потери напора при движении гидросмеси в
трубопроводе, м; Lw — длина всасывающей линии, м,
4.=^; (Ю.12)
вс sin а
а — угол наклона рамы, градус; Shu — потери напора на пре-
одоление местных сопротивлений в трубопроводе, м,
ЛАи=^Ё^«0,1й,, (10.13)
где — коэффициент местного сопротивления каждого эле-
мента трубопровода (шаровые соединения, шланги, компенса-
торы ит. п.); ДАвх — потери напора на преодоление сопротив-
ления при входе во всасывающий наконечник, м,
ЛЛвх =йвх0+/1э+/2г- (10.14)
Потери напора на воде при входе во всасывающий нако-
нечник, м,
V2
AVLjp (10.15)
где вх — коэффициент сопротивления при входе во всасыва-
ющий наконечник (по данным ВНИПИИстромсырья, для наи-
более распространенных конструкций всасывающих наконеч-
ников £ вх можно принимать равным 0,6); Лэ — потери напора,
вызываемые наличием экрана, образующегося между всасыва-
ющим наконечником и забоем, м,
V2
где — коэффициент экрана, принимается равным 1,1; Ир —
размывающая скорость для данных грунтов, м / с; hr — потери
энергии при работе на гидросмеси, м,
515
(10.17)
где А — коэффициент, зависящий от средней крупности грунта
(для грунта со средней крупностью более 6 мм коэффициент А
примерно постоянен и может быть принят равным 0,55).
10.3.3. Элементы системы разработки и их расчет
Основными элементами системы разработки при использо-
вании плавучих землесосных снарядов являются: высота подвод-
ного и надводного забоев, полная высота забоя, ширина про-
рези (котлована), заложение подводных откосов, размеры бло-
ка и недоборов и др.
При разработке выемок глубиной более 15 м участки отраба-
тываются уступами. Последующие уступы разрабатываются при
пониженном горизонте воды. Использование глубинных земсна-
рядов, а также земснарядов с погружными грунтовыми насоса-
ми, эжекторными и эрлифтными устройствами позволяет вести
подводные разработки без понижения горизонта воды в карьере.
Размеры подводной части забоя и полная высота забоя для
землесосных снарядов в зависимости от их производительности
не должны быть меньше приведенных ниже.
Производительность земснарядов
по воде, мз/ч...........До 1100 1101—2200 3000—4000 5000—6000
Полная высота уступа, м..... 3 4 6 8
Глубина подводной части, м . 1,5 2,5 3,5 5,0
Общая высота уступа, а также предельно допустимая высо-
та надводной его части устанавливаются проектом с учетом
характеристики разрабатываемых пород, типа земснаряда, ха-
рактера обрушения уступа и принятой схемы разработки.
В случае необходимости можно использовать следующие
способы понижения высоты разрабатываемого уступа за счет
подводной его части:
• гидромониторный размыв;
• бульдозерное рыхление;
• взрывное рыхление.
Гидромониторы могут быть установлены на берегу или но-
совой части корпуса земснаряда.
Бульдозеры сбрасывают породу в зону грунтозаборного ус-
тройства. Понижение уступа взрывом рекомендуется произво-
516
дить вне рабочей зоны земснаряда с последующим сбросом по-
роды в забои следующих заходок.
Практикой эксплуатации землесосных снарядов разной про-
изводительности установлены следующие усредненные значения
высоты надводного забоя.
Производительность земснаря-
дов по воде, м3/ч .........
Высота надводного забоя, м ....
До 1100 1101—2200 3000—4000 5000—6000
7 10 15 25
Размеры блока принимаются с учетом тех же факторов, ко-
торые влияют на выбор высоты уступа. Они зависят также от
принятой последовательности разработки и скорости годового
подвигания. Ширина прорезей и котлованов, обеспечивающая
начальное папильонирование землесосного снаряда без разво-
рота плавучего пульпопровода, не должна быть менее указан-
ной ниже.
Производительность земснаря-
дов по воде, м3/ч ......... До 1100 1101—2200 3000—4000 5000—6000
Ширина прорези и котлована
по урезу воды в водоеме, м. 20 30 35 45
Заложение подводных откосов для несвязных грунтов при
разработке плавучими земснарядами приведено ниже.
Грунты
Песчано-гравелистые
Мелко- и среднезернистые пески
Тонкозернистые пески
В стоячей воде
1 : 1,54-2,0
1 :3,04-3,5
1:5,04-6,0
В текучей воде
1 : 2,04-2,5
1 : 4,04-6,0
1 : 5,04-6,0
При строительстве судоходных и ирригационных каналов
должна быть обеспечена проектная отметка дна без оставления
недоборов по всей длине и ширине выемки. В соответствии с
этим разработка осуществляется с переуглублением, так назы-
ваемым «багермейстерским запасом», величину которого при-
нимают согласно п. 5.16 СНиП Ш-8—76. При разработке карь-
еров с залеганием коренных пород в пределах возможной глу-
бины грунтозабора земснаряда образуются неизбежные недо-
боры грунта, которые не должны превышать величин согласно
п. 5.20 СНиП 111-8—76 (табл. 10.13).
При разработке выемок для строительства в них бетонных
и иных сооружений, судоходных и ирригационных каналов при
большой высоте забоев невозможно достичь проектной чисто-
ты дна при однослойной разработке грунта. В этом случае ре-
517
комендуется осуществлять послойную разработку грунта в не-
сколько проходов земснаряда с тщательным соблюдением за-
данных отметок с учетом установленного защитного слоя или
«багермейстерского запаса». В зависимости от характера и
группы грунта принимается соответствующая схема разработ-
ки забоя. Грунты I—Ш групп в карьерах разрабатываются на
всю глубину за один проход.
Таблица 10.13
Величины перебора и недобора грунта
Тип земснаряда Величина перебора по дну, «багермейсгерский запас», м (СНиП Ш-8—76, п. 5.16) Величина недобора, м (СНиП Ш-8—76, п. 5.20)
500-60М, 500-60МН 0,7 1,0
350-50Л, 350-50ТМ 0,5 0,7
200-50, 200-50БК 0,3 0,7
Грунты IV—VIII групп, за исключением связных грунтов —
глин и тяжелых суглинков, разрабатываются послойно. Связ-
ные грунты — глины и тяжелые суглинки разрабатываются
слоями, причем мощность каждого слоя должна быть не более
3/4 диаметра фрезы разрыхлителя.
Порядок расчета основных показателей системы разработ-
ки и производственных процессов при использовании землесо-
сных снарядов применительно к конкретным условиям приве-
ден ниже.
Исходные данные. Полезное ископаемое представлено: круп-
нозернистыми песками со средним диаметром частиц d\ = 1,0 мм,
пористостью т\ = 0,3 и плотностью yTi = 2,6 т/м3; мелкозерни-
стыми песками со средним диаметром частиц di = 0,2 мм, по-
ристостью mi = 0,35 и плотностью уТ2 - 2,65 т/м3; гравием со
средним диаметром частиц di = 20 мм, пористостью тз ~ 0,25 и
плотностью утз = 2,7 т/м3.
Продуктивная толща разделена следующим образом: песок
крупнозернистый — 85 %, песок мелкозернистый — 10 %, гра-
вий — 5 %. Пласт полезного ископаемого мощностью 9 м зале-
гает горизонтально и сильно обводнен. Уровень грунтовых вод
находится ниже поверхности на 4 м. Поступление воды в карьер
за счет фильтрации обеспечивает нормальную работу земсна-
ряда.
518
Расчет основных показателей проекта (рис. 10.27)
1. Средневзвешенные значения d, т, ут.
Порода Содержание Л% Размер час- тиц d, мм Пористость т, доли ед, Плотность Yr, т/м3
Песок крупнозернистый 85,0 1,0 0,3 2,6
Песок мелкозернистый 10,0 0,2 0,35 2,65
Гравий 5,0 20,0 0,25 2,7
100,0 2,05 0,303 2,61
= 2,05 мм;
(10.18)
_ _ 1-85 + 0,2-10 + 20-5
ср“ 100 ” 100
Р __ 0,3-85 + 0,35-10 + 0,25-5
т^~ 100 ~ 100
= 2,6-85 + 2,65-10 + 2,7-5
Ytop 100 100
(10.19)
(10.20)
2. Удельный расход воды для разработки пород Ш группы
q = 11 м3/м3 (табл. 10.14).
3. Плотность гидросмеси
_ yT(l-w) + 7Yo 2,61 (1-0,303) +11-1 _
Yr~ \-m+q 1-0,303 + 11
= 1,0959 » 1,1 т/м3. (10.21)
4. Техническая производительность карьера по породе
где Т— число рабочих дней в году; <2ГОД — годовая производи-
тельность карьера по породе, м3; t — продолжительность сме-
ны, ч; Хив = 0,7 — коэффициент использования земснаряда по
времени; псы— число рабочих смен за сутки.
5. Расчетная производительность карьера по гидросмеси
а. к = к [ (1 - т) + = 148,8 [(1 - 0,303) +11] =
= 1740,5 м’/ч«1740м3/ч. (10.23)
519
Распределение грунтов на группы по трудности разработки их землесосными снарядами
Таблица 10.14
Груп- па по- род Расход во- ды на раз- работку и транспор- тирование 1 м3 поро- ды, м3 Породы Содержание частиц, %
глини- стых (менее 0,005мм) пыле- ватых (0,005— 0,5 мм) мелких (0,05— 0,25 мм) сред- них (0.25- 0,5 мм) круп- ных (0.5- 2 мм) гравийно-галечных при производительности земснаряда (по пульпе), м3/ч
< 1000 <2000 >2000
2—20 2—40 2—60 2—20 2—60 2—90 2—20 2—60 2—120
I 6,5 Пески мелко- зернистые >50 <50
Пески сред- незернистые <15 <50 >50 <15 3 2 1 4 2 1 5 3 1
Пески разно- зернистые <3 <50
Пески пыле- ватые <20 Не регламентируется
Илы текучие Не регламентируется
Пески разно- зернистые, крупнозер- нистые и гра- велистые <3 < 15 <50 <50 > 15 6 5 3 8 6 3 10 7 5
П 8,5 Пески пыле- ватые 3—6 20—50 Не регламентируется
Супеси легкие 3—6 <50
III И Пески разно- зернистые <3 Не регламентируется 12 10 8 12 11 10 15 12 10
Супеси тяжелые 6—10 <50 8 6 5 10 8 6 12 10 8
Песчано- гравийные грунты <3 Не регламентируется 25 22 20 30 25 20 30 27 25
IV 14 Суглинки легкие 10—15 То же 12 8 6 14 10 8 15 12 10
Песчано- гравийные грунты <5 » 35 30 25 35 30 25 40 35 30
V 18 Суглинки средние 15—20 » 15 12 10 15 12 10 20 15 12
Песчано- гравийные грунты <5 » 45 40 35 45 40 35 50 45 40
VI 22 Суглинки тяжелые 20—30 » 15 12 10 15 12 10 20 15 10
Глины тощие »
VII 26 Гравийно- галечные <40 Не регламентируется 60 55 50 65 60 50
VIII 30 Гравийно- галечниковые Не регламентируется 40 85 80 95 90 80
Примечание. Группа пород определяется по среднему гранулометрическому составу. Средний гранулометрический состав пород определяется без учета глинистых прослоев. При послойной разработке пород их группа устанавливается отдельно для каждого однородного слоя. При разработке пород П и Ш групп в ранее намытых сооружениях группу пород следует относить к ближайшей низшей.
SJ
6. По таблице подбирается необходимый тип земснаряда
(земснаряд ЗГМ-1-350А с фрезерным разрыхлителем).
Расчетная производительность
по грунту III группы, м3/ч..........................178
Производительность по воде
землесоса ЗГМ-1-350А, м3/ч...........................1900
Полный напор Но, м...................................43
Вакуумметрическая высота всасывания Нк, м............5,5
Максимальная глубина разработки Hv, м................6,0
Число звеньев плавучего пульпопровода................10
Длина одного звена, м................................6
Диаметр всасывающего трубопровода, мм................350
Длина всасывающей трубы, м...........................16
Диаметр плавучего пульпопровода, мм..................400
Длина стандартного плавучего пульпопровода, м........60
7. Для рыхления песчаных пород III группы принимается по
таблице фрезерный рыхлитель открытого типа.
8. Диаметр фрезы для разработки легких пород
Пфр =0,23=0,23-148м5 = 1,33 м, (10.24)
где 2„., — производительность земснаряда по породе, Мз,
О =—— =------------—------= 1479»148 м3/ч Н0251
l-m + q 1-0,303 + 11 ’ ’ U '
где Qr. з — подача (производительность) земснаряда по гидро-
смеси, м3/ч,
Qn, = й-=1220 = 1727,97 «1730 м’/ч, (10.26)
Уг *’1
где QB. з — подача земснаряда по воде, м3/ч.
Из расчетов 2Г. к и Qr. 3 ясно, что по производительности
необходим один землесос.
9. Длина фрезы определяется по формуле
£фр = а Пфр= 0,7-1,33 = 0,931 «0,93 м, (10.27)
где а — коэффициент, учитывающий свойства пород (а = 0,7+ 0,8
для несвязанных песчаных пород).
10. Скорость папильонирования земснаряда
522
F __________148__________=.
" ^K,K„K, 0,93-1,33-0,65-0,75-0,85 (10.28)
= 306,8 м/ч = 5,1 м/мин,
где ЛГпот — коэффициент потерь породы (Хпот = 0,75+0,85); Кд —
коэффициент использования рыхлителя по диаметру (Кд = 0,85+
0,95 для плотно связанных пород); К{ — коэффициент исполь-
зования рыхлителя по длине (К/ = 0,55+0,65 для свай в непод-
вижных направляющих; Kt = 0,9+1,0 при напорном ходе).
11. Ширина заходки земснаряда
2? = 2.flsiny = 2-29 sin-^- = 29 м,
(10.29)
где R — расстояние от оси сваи до всасывающего наконечника,
м; а — угол разворота земснаряда в забое (а = 60+70°).
12. Подача земснаряда
__ _ 29-2,5 _
2R 2’29
м,
(10.30)
где Ь — расстояние между сваями земснаряда, м.
13. Для крупнозернистых песков с примесью гравия угол
откоса забоя в спокойной воде будет 1:2.
Угол откоса забоя в процессе работы земснаряда
р = 2а,
(10.31)
где а — угол естественного откоса разрабатываемой породы (а =
= 27+40° для крупнозернистых песков; а = 25+30° для гравия).
Принимаем угол откоса уступа земснаряда
2а = 2-30 = 60°.
14. Длина блока разработки земснаряда равна длине шага
переключения плавучего трубопровода:
v =i80 - 4г =78,67»80 и.
6" У ™ (2 J у 2 J
где Лил — длина плавучего пульпопровода, м.
15. Место установки ложных створных знаков
(10.32)
523
Bl, 2914
л = -7Г = ~55- = 14 м’ (Ю-33)
где Zi —расстояние от сваи до багермейстерской рубки, м,
или
A = 2l, sin^- = 2-14-sin^ = 14 м. (10.34)
1 2 2
16. Величина недобора определяется по таблице:
/?нед — 0,5 м.
Расчет гидротранспорта
Расчет гидротранспорта производится по методике Всесоюз-
ного научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е.
Веденеева (ВНИИГ).
1. Коэффициенты транспортабельности фракций:
® песок крупнозернистый — 85 %, d = 1,0, (pi = 0,8;
® песок мелкозернистый — 10 %, d = 0,2, ф2 = 0,2;
• гравий — 5 %, d = 20, срз = 2.
Средневзвешенный коэффициент транспортабельности
Ф,^+Ф2Л+Ч>3Р3 О,8-85 + 0,2-10 + 2-5
-------Too--------------Too----------°’8' (10'35)
2. Для расчетов принимается диаметр трубопровода 400 мм,
как по технической характеристике земснаряда.
3. Критическая скорость гидросмеси в пульпопроводе при
£>п ~ 0,4 м
^=8<^ = ^-W6-°,8=3,55 м/с, (10.36)
где So — объемная консистенция гидросмеси
5»=“ = T6tS = 0’062I“0’06- (,0-37)
4. Действительная скорость в пульпопроводе при D„ = 0,4 м
4gr, . 4-1730
лО„23600 3,14-0,42-3600
= 3,826 «3,83 м/с,
(10.38)
524
тЛ = 141=1.078 —допустимо.
Кр 3,55
5. Производим проверку по диаметру, принимаем D„ = 0,45 м:
= 8^045 • </0,06• 0,8 = 3,695 « 3,7 м/с;
4-1730
3,14-0,452 - 3600
= 3,02 м/с,
имеем Кд < Икр, а значит, произойдет заиление трубы и образо-
вание «пробки». Принимаем Dn = 400 мм.
6. Оптимальная скорость в пульпопроводе при Dn = 0,4 м
= 5,5 <рср D„ = 5,5 ^/0,06• 0,8• 0,4 = 2,85 м/с. (10.39)
7. Удельные потери напора при движении гидросмеси (при
Dn=0,4 м)
7'п “ г'о
0,022
= 0,0401 м,
(10.40)
где io — удельные потери напора при движении воды в пульпо-
проводе при Dn = 0,4 м,
/0 = = °21Д-ОУ = 0,0215 ” 0,022 М’ (10,41)
где Хо — коэффициент гидравлических сопротивлений.
8. Потери напора, м, во всасывающем трубопроводе зем-
снаряда
(Ю-42)
Yo Wo J ГО
где hr — геодезическая высота всасывания (hT = -0,5 м; знак
«минус» означает, что ось землесоса расположена ниже уровня
воды в забое); hn — глубина разработки (Лп = 6 м); hM — мест-
ные потери напора во всасывающей трубе,
525
A„=O,1AZ;
/,,=//“ =16-0,078 = 1,248 м,
/ ВС 11 ' J
(10.43)
(10.44)
где Zbc длина всасывающей трубы, м; Кс — скорость во вса-
сывающей трубе;
Г. 3
К =—=----------------4d7|0------= 4997*5 м/с, (10.45)
“ л/)2 3600 3,14-0,352-3600
где D — диаметр всасывающей трубы, м; ~ удельные потери
напора во всасывающей трубе,
•ВС "ВС
=г0
Гвс )
о
V
'вс J
= 0,058 1 + 2
з
= 0,078 м/м. (10.46)
Оптимальная скорость во всасывающем трубопроводе
V* = 5,5 <рср D = 5,5 Vo,06- 0,8 -0,35 = 2,78 м/с;
z',c — удельные потери напора во всасывающей трубе,
•вс 0,016-52 ллсо /
'° =О = Ж35=°Ж М/М’
где — потери напора в щели всасывания (принимаем hm =
= 1,0 м);
77.с=-0,5Ь| + 6^-1) + 0,078-16 + 0,125 + 2^8^ + ,,0 =
= -0,55 + 0,6 +1,248 + 0,125 +1,403 + 1,0 = 3,83 м,
= 3,83 < 5,5,
НВак — вакуумметрическая высота всасывания на воде, м.
9. Потери напора в гидротранспортной системе (см. рис.
4.17), м
+ЯПОД + ЯМ
(10.47)
526
где Яве — потери напора во всасывающем трубопроводе (Явс =
= 3,83 м); Япл — потери напора в плавучем трубопроводе,
Я =2/ Z =2-0,0401-80 = 6,416 м; (10.48)
Ним — потери напора в наклонном трубопроводе,
= ['о + - 'о) cos а] А™ =
= ' 0,022 + (0,0401-0,022)cos 30°]30 = 1,13 м, (10.49)
где Анак — длина наклонного участка трубы при переходе от
плавучего пульпопровода к береговому (магистральному), м;
Янам — потери напора в намывном трубопроводе на раструб-
ных соединениях,
янам =1’Ч £нам =1,5-0,0401-50 = 3,01 м; (10.50)
1нам — длина намывного трубопровода (на карте намыва), м;
Ягор = fn Тгор =0,0401-800 = 32,08 м; (10.51)
Япод — потери напора на подъем гидросмеси (геодезия подъема
гидросмеси),
^=^^ = 10,5Ы = П.55 м; (10.52)
То
Ям — местные потери напора в трубопроводе;
Я = 01Гя + Я + Я + Я =
м ’ \ пл * как нам гор/
= 0,1 (6,416 + 1,13 + 3,01 + 32,08) = 4,263 м; (10.53)
Яост — остаточный напор на конце трубопровода (принимаем
Ноет “ 3 м).
Тогда
Япот =3,83 + 6,416 + 1,13 + 3,01 +
+ 32,08 +11,55 + 4,263 + 3 = 65,28 м.
10. Число грунтовых насосов в гидротранспортной системе
для обеспечения необходимого напора
и=^=||2|=1,59«2, <10-54)
527
где Нг — напор земснаряда по гидросмеси, м,
Ji — коэффициент, учитывающий дополнительные гидравли-
ческие потери в грунтовом насосе:
для песка и ПГС (песчано-гравийной смеси)
для гравия
4 = 1-0,05-^^^;
I г
А=—
Yr
(10.55)
(10.56)
где Хгр— коэффициент влияния грунта (А4Р = 1,5, табл. 10.15);
Кзем — поправочный коэффициент, зависящий от марки земле-
соса (для ЗГМ-1-350А &ем = 19, табл. 10.16);
4 = 1-0,05 1,1~1,0 1,5-19 = 0,87;
1,1
н =43 14 0,87 = 41,17 м.
r 1,0
Таблица 10.15
Значения коэффициентов
Размер фракций, мм 80—20 20—5 ""'5 2—1 1—0,5 0,5—0,25 0,25—0,1 0,1—0,05
Ягр 1,8 1,7 1,5 1,2 0,75 0,4 0,1 0,07
Таблица 10.16
Значения коэффициентов Язем
Марка земсна- рада нз ЮГРУ -8Л 12Р- 7 ЗГМ- ЗГМ- 2 ЗГМ- 2М ЗГМ- 1М-350А 12ГРУ -8Л 16ГРУ -8Л 20Р- 11 500- 60 1000- 80
Язем 12 16 22 14 15 14 19 13 19 11 12 20
Следовательно, для обеспечения требуемого напора необ-
ходимо иметь грунтовой насос на самом земснаряде с напором
528
по гидросмеси Нг = 41,17 м и перекачивающую станцию с грун-
товым насосом того же типа.
11. Определяем месторасположение перекачивающей стан-
ции. Остаточный напор перед перекачивающей станцией по
оптимальности режима работы должен составлять не менее
10 м. Следовательно, возможно использование следующего на-
пора земснаряда:
Яп -Яосг = 41,17-10,0 = 31,17 м. (10.57)
Для определения расстояния, на котором следует распола-
гать перекачивающую станцию от земснаряда, воспользуемся
формулой:
+ + (10.58)
ГО
где /п — расстояние от борта карьера до перекачивающей стан-
ции; Z — геодезическая высота подъема от земснаряда до пере-
качивающей станции (Z = 5 м).
Тогда
31,17 = 3,83 + 6,42 + 1,13 + 0,0401-/п + 5-^,
15V
14,294 = 0,0401 • Zn
14,294 _ _х _
/ =_j—- = 256,5 « 357 м.
п 0,0401
Следовательно, перекачивающую станцию можно устанав-
ливать от борта карьера на расстоянии 357 м.
Расчет намывных складов (см. рис. 10.27)
1. Параметры намывных карт принимаются исходя из норма-
тивов (размер карты в плане 50 х 60, 120 х 140,140 х 160, 160 х 180 м,
высота карты би 10 м). Для примера принимаем размер карты
в плане 100x120 м с высотой 6 м. Угол откоса карты р = 40°. На-
мывная карта имеет форму усеченного штабеля.
Склад готовой продукции (песчаной или песчано-гравий-
ной массы) обычно состоит из 2, 3 или 4 карт. Иногда на прак-
тике склад состоит из одной карты намыва, которая одновре-
менно намывается и отгружается. Отгрузка горной массы по-
требителю обычно осуществляется экскаватором в автомо-
бильный или железнодорожный транспорт.
529
Ширина карты поверху
Д=Б-^4г = 100--^5 = 85,71 = 86 м.
1 tgP' tg 40
Длина карты поверху
Д =£-Д^ = 120--^т = 106 м.
1 tgP tg40
Объем карты намыва
к =ддя+7^57(д + в,)+-^-=
к 1 « 2tg₽'v 1 '> 3tg2p'
= 5496 + 4114 + 323 = 59133 м3,
(10.59)
(10.60)
(10.61)
где L — длина карты в основании (L = 120 м); В — ширина кар-
ты в основании (В = 100 м); Нк—высота карты намыва (Нк = 6 м);
Р' — угол откоса карты (р' = 40°).
В случае четырех карт: первая — находится под намывом,
вторая — дренирует воду, третья — отгружается, четвертая —
находится в стадии подготовки к последующему намыву.
2. Скорость движения частиц по оси потока при входе в
пруд-отстойник
Гпог = bh^.3600 = 50-0,1-3600 = 0,096 “1С’ (Ю.62)
где b — ширина потока гидросмеси (при торцевом выпуске
принимается b = 50 м); hn. г — глубина потока гидросмеси на от-
косе намыва (из практики hn.r = 0,14-0,2 м).
3. Длина откоса намыва
z«=<=^=70,99*71M’ <10-63)
где 2^ —суточная производительность земснаряда по грунту,
С^ = Н^=1Чз°оз+31 Г3549,6 м3/сут; <10-64)
530
hu — интенсивность намыва (Аи = 0,14-1,0 м/сут для песчано-гра-
вийных пород).
4. Минимальный путь осаждения частиц d = 1,0 мм на карте
намыва
Z_ = 0,82^Япр= 0,82^3 =2,19 м, (10.65)
где Япр — глубина воды в пруду-отстойнике (Япр = 34-5 м); PTmax
— максимальная гидравлическая крупность (для частиц d = 1 мм
и? = 15 °C PFmax = 0,108 м/с, табл. 10.17).
5. Максимальный путь осаждения частицы d ~ 0,2 мм в
пруду-отстойнике карты
И 0 096
А™ =М8^Явр=1,18^3 = 18,12«19М, (10.66)
где PKmin — минимальная гидравлическая крупность (для час-
тиц d = 0,2 мм и 1= 15 °C PFmin = 0,019 м/с (см. табл. 10.17).
Учитывая длину откоса намыва (LK = 71 м) и максималь-
ный путь при осаждении частиц d - 0,2 мм в пруду-отстойни-
ке (Лщах = 19 м), устанавливаем, что общий путь осаждения пес-
чаных частиц (Lr + Lmax = 90 м) меньше длины карты намыва
поверху (Li = 106 м). Следовательно, частицы d = 0,2 мм будут
оставаться на карте намыва, а более мелкие — уходить через
водосбросный колодец.
Таблица 10.17
Опытные значения гидравлической крупности частиц
Диаметр частиц, мм Гидравлическая крупность, см/с, при температуре воды, °C
5 10 15 20
30,0 27,5 25,0 22,5 20,0 17,5 Данные. В.Н. Гончаров 73,6 70,6 67,2 63,2 60,2 56,2 га —'
531
Продолжение табл. 10.17
Диаметр частиц, мм Гидравлическая крупность, см/с, при температуре воды, °C
5 10 15 20
15,0 — 52,0 — —
12,5 — 47,7 — —
10,0 — 42,5 — —
9,0 — 40,3 • —
8,0 — 38,0 — —
7,0 — 35,5 —
6,0 — 32,8 ——— -—
5,0 — 30,0 —
4,0 26,8 — —
Данные А.А. Саркисян
3,5 24,05 24,53 25,05 25,55
3,0 22,25 22,75 23,25 23,75
2,5 20,42 20,92 21,42 21,92
2,0 18,25 18,75 19,25 19,75
1,75 16,82 17,32 17,82 18,35
1,5 15,15 15,65 16,15 16,65
1,25 13,30 13,80 14,30 14,80
1,0 11,20 11,68 12,17 12,66
0,9 10,32 10,79 11,26 11,73
0,85 9,84 10,29 10,75 11,20
0,8 9,36 9,81 10,25 10,69
0,775 9,13 9,56 10,00 10,43
0,75 8,81 9,23 9,65 10,07
0,65 7,48 7,88 8,27 8,66
0,6 6,78 7,16 7,53 7,90
0,5 5,34 5,67 6,00 6,33
0,4 3,97 4,26 4,55 4,84
0,375 3,62 3,90 4,18 4,46
0,35 3,24 3,50 3,72 4,04
0,325 2,87 3,12 3,37 3,62
0,3 2,5! 2,74 2,97 3,22
532
Окончание табл. 10.17
Диаметр частиц, мм Гидравлическая крупность, см/с, при температуре воды, °C
5 10 15 20
0,275 2,16 2,38 2,60 2,88
0,25 1,84 2,05 2,26 2,46
0,2 1,26 1,45 1,62 1,78
0,15 0,79 0,92 1,04 1,17
0,14 0,69 0,81 0,93 1,06
0,13 0,60 0,72 0,83 0,94
0,125 0,55 0,66 0,78 0,89
0,12 0,51 0,62 0,72 0,83
0,11 0,46 0,54 0,62 0,71
0,1 0,385 0,46 0,535 0,61
0,095 0,344 0,414 0,484 0,554
0,0925 0,334 0,397 0,460 0,523
0,09 0,315 0,375 0,435 0,495
0,085 0,282 0,336 0,390 0,444
0,08 0,252 0,300 0,348 0,396
0,075 0,224 0,266 0,308 0,350
0,07 0,194 0,232 0,270 0,308
0,0685 0,185 0,222 0,259 0,296
0,065 0,168 0,201 0,233 0,266
0,0615 0,151 0,180 0,210 0,239
0,06 0,146 0,173 0,200 0,228
Данные Е.В. Архангельского
0,057 0,132 0,157 0,182 0,206
0,05 0,106 0,124 0,148 0,160
0,02 0,017 0,020 0,022 0,026
0,01 0,0043 0,0049 0,0056 0,0064
0,005 0,0011 0,0012 0,0014 0,0016
0,003 — 0,0005
0,001 0,000426 0,00049 0,00005 0,000064
533
6. Средний уклон намывной поверхности карты
= 2,7 % = 27 %о = 0,027,
(10.67)
где а — коэффициент, зависящий от состава пород (а = 3,5); Qr. 3
— расход гидросмеси, подаваемой на карту, л/с (2ГЗ = 1730 м3/ч =
= 480 л/с = 0,48 м3/с); SB —консистенция гидросмеси
S= II—11^.100 = 100 = 17,1%. (10.68)
‘ YT-YoYo 2,61-1,0 1,0
Расчет водосбросной системы
1. Определяется тип водосбросного шандорного колодца
для расхода гидросмеси: Q3 = 1730 м3/ч = 0,48 м3/с. Принимает-
ся двухсекционный шандорный колодец с высотой сливающего-
ся слоя воды Нс = 0,25 м.
2. Расход воды через двухсекционный шандорный колодец
8,=mbcH^2gHc=0,5-2-0,25V2 9,8 • 0,25 = 0,55 м’/с, (10.69)
где т — коэффициент расхода (т = 0,3+0,55); Ьс — ширина во-
досливной части колодца (принимаем Ьс = 2 м); Нс — высота
слоя сливающейся воды над стенкой шандора (Нс = 0,1+0,35 м).
3. Число водосбросных колодцев на карте намыва
Ик = = 0’8* Д’^- = 0,74 » 1 колодец, (10.70)
v,JJ
где кп — коэффициент, учитывающий потери воды (кП = 0,8+
0,85); Qr. з — расход гидросмеси, м3/с.
4. Расход воды через водосбросную трубу
2тр=1*® 72g Н'<> = 0,68 °’] 9625V2 9,8• 0,9 = 0,56 м’/с, (10.71)
534
где Ятр — напор воды над осью трубы (принимаем Ятр = 0,9 м);
со — площадь поперечного сечения трубы,
it D2 Ч 14-0 52
ю = _g. = 0,19625 м2; (10.72)
ц — коэффициент расхода
ц= , ...J -= .1 7-= = 0,68, (10.73)
- 30
1 + X-V- J1 +0,019^
A J) У 0,5
/тр ~~ длина водосбросной трубы (принимаем /тр = 30 м); X —
коэффициент гидравлического сопротивления (X = 0,019 при
ДгР = 0,5 м).
Расход воды через водосбросную трубу должен быть
<2тр QK = 0,56 > 0,55 мЯс.
Следовательно, диаметр водосбросной трубы подобран пра-
вильно.
5. Уклон водосбросной трубы
^тр
gp
й2с2л,р
0,562
0,196252-53,92 0,125
= 0,022 = 2,2 % = 22 %о
(10.74)
где <в — площадь поперечного сечения трубы;
R =^ = 2^ = 0,125 м; (10.75)
Г 4 4
С — коэффициент Шези,
С = 1^=7Г^0,125ОШ=53,9, (10.76)
72 М* и 1J
535
где п — коэффициент, учитывающий шероховатость трубы
(п = 0,013, см. табл. 7.62, 7.63); у — показатель степени,
у = 1,54п при R< 1 м,
у = 1,5 VO,613 =0,171.
(10.77)
Параметры элементов системы разработки при использо-
вании землесосных снарядов с погружными грунтовыми насо-
сами приведены в табл. 10.18.
Технологические схемы производства добычных работ на
обводненных песчано-гравийных и песчаных месторождениях с
глубинами 25—30 м разработаны во ВНИПИИстромсырье. В
основу технологических схем положена государственная система
разработки, предусматривающая разработку полезной толщи
сначала на глубину 15 м, а затем отработку месторождения на
полную глубину до 30 м.
В качестве типового земснаряда при разработке технологи-
ческих схем приняты земснаряды типа 400-1 ООП и 400-50БР.
7'аблица 10.18
Основные параметры системы разработки
№п/п Показатели 400-1 ООП 400-50БР
1 Условный годовой блок, м -210 -220
2 Число добычных уступов 2 2
3 Высота I уступа, м 15 15
4 Высота II уступа, м Юч-15 10+15
5 Максимальная глубина раз- работки ниже горизонта во- ды, м 30 25
6 Минимальная глубина раз- работки, м 3,5 2,5
7 Ширина прорези (заход- ки), м 45—50 50—55
8 Минимальная ширина от- работки I уступа для нача- ла работы на II уступе, м -130 -135
536
V
Рис. 10.27. Технологическая схема разработки обводненного песчано-гравий-
ного месторождения и намыва карт отгрузки:
1 — карта, подготовленная к намыву; II — карта намывная; III — карта обезвожи-
вания; IV— карта отгрузки: 1 — плавучий пульпопровод (А — 400 мм, длина 80 м);
2 — магистральный пульпопровод (А = 400 мм, длина 800 м); 3 — перекачиваю-
щая станция (ЗГМ-1-350); 4 — водосбросная канава (0,7 х 1, длина 800 м); 5—экс-
каватор (Э-2005); 6 — водосбросный колодец (2 х 1 м, 4 шт.); 7 — намывной трубо-
провод (7) = 400 мм, длина 50 м); 8 — задвижка (7> = 400 мм, 5 шт.); 9 — водосброс-
ная труба (7? = 500 мм, 4 шт.); 10 — дренажная система (Ар ~ 500 мм, 4 шт.); 77 —
землесосный снаряд (ЗГМ-1-350К)
10.3.4. Выбор грунтозаборного устройства земснаряда
К конструкции грунтозаборных устройств предъявляются
следующие требования:
• максимальная простота и вместе с тем возможность эф-
фективной разработки определенной группы грунтов, встреча-
ющихся в пределах одного объекта;
• обеспечение оптимальной подачи установленного на зем-
снаряде грунтового насоса;
• возможность разработки грунта на данной глубине.
В зависимости от горно-геологических условий работы зем-
лесосных снарядов и требований к глубине и профилю выпол-
няемой выемки грунтозаборные устройства должны обеспечить
разработку сыпучих грунтов с прослойками плотных илов и су-
глинков, отбор негабаритных включений, размер которых пре-
вышает размер проходных сечений деталей проточной части
грунтового насоса, связных плотных, слежавшихся пластичных
и налипающих грунтов и т. д.
Имеющийся в арсенале гидромеханизаторов набор различ-
ных грунтозаборных устройств позволяет разрабатывать почти
все виды грунтов до слабой трещиноватой скалы включительно.
При выборе вида грунтозаборного устройства для земсна-
рядов руководствуются двумя основными факторами, опреде-
ляющими эффективность их применения, — глубиной разра-
ботки и видом разрабатываемого грунта.
Несвязные грунты эффективно разрабатывать всасывающи-
ми трубами до определенной глубины: пески мелко- и средне-
зернистые — до глубины 10—15 м, крупнозернистые пески и
гравийные грунты — до 9—12 м. Для разработки несвязных
грунтов с больших глубин (13—20 м и более) применяют эжек-
тирующие устройства или погружные грунтовые насосы.
При разработке несвязных грунтов с прослойками плотных
илов или суглинков всасывающую трубу доукомплектовывают
гидравлическим рыхлителем, а при наличии в карьере крупных
камней и древесных остатков — сменным щелевым наконечником.
Связные грунты разрабатывают механическими рыхлите-
лями, конструкция которых для обычных строительных земле-
сосных снарядов позволяет вести работу на глубине 6—12 м.
Наиболее распространены фрезерные рыхлители, режущим
органом которых являются фрезы различных типов, приспо-
538
собленные для разработки плотных слежавшихся, а также пла-
стичных налипающих грунтов.
Особую группу представляют роторно-ковшовые рыхлите-
ли с бункером. Их конструкция предусматривает не только ме-
ханическую разработку грунта, но и равномерную подачу его в
специальный бункер, в котором происходит организованное
образование пульпы.
Ввиду того что конструкции и расчеты отдельных устройств
достаточно хорошо освещены в горной литературе, ограничим-
ся общими рекомендациями.
При проектировании разработки грунта земснарядом осо-
бое значение имеет выбор грунтозаборного устройства, от чего
в значительной степени зависит производительность всего комп-
лекса работ.
По характеру воздействия на разрабатываемый грунт и кон-
структивным признакам грунтозаборные устройства подразде-
ляют на две основные группы: непосредственное всасывание с
эрозийным размывом грунта потоками воды, подтекающей к вса-
сывающему наконечнику, и всасывание с использованием раз-
личных устройств для интенсификации грунтозабора (табл. 10.19).
Таблица 10,19
Виды грунтозаборных устройств
Предназначение грунтоза- борных устройств Грунтозаборное устройство
Вид устройства Форма наконечника или конструк- ции рыхлителя
Свободное (непосредст- венное) всасывание с эро- зийным размывом грунта Всасывание с рыхлением рыхлительными устрой- ствами для интенсифи- кации грунтозабора Всасывающий наконечник Всасывающий наконечник с рыхлителем Формы наконечников: цилиндри- ческие, конические (круглого сече- ния, эллиптического сечения), щеле- вые, эжекторные, грушевидные Механические рыхлители враща- ющиеся: фрезерные, винтовые, ро- торно-ковшовые вибрационные. Гидравлические рыхлители: раз- мывающие (одноструйные, много- струйные), взвешивающие, комби- нированные рыхлители
Эффективность работы землесосного снаряда зависит в зна-
чительной мере от правильного выбора грунтозаборных уст-
ройств. Вид и конструкция грунтозаборного устройства зависят
539
от физико-механических свойств грунта (гранулометрический
состав, липкость и т. д.), горно-геологических условий и харак-
тера залегания (мощность полезной толщи, высота уступа, глу-
бина разработки и т. д.) (табл. 10.20).
Таблица 10.20
Рекомендуемые виды грунтозаборных устройств
для разработки грунтов
Вид разрабатываемого грунта Рекомендуемый тип грунтозаборного устройства
Рыхлые и средней плотности песок, гравий, песчано-гравийный грунт, су- песь легкая и средняя или жидкие, са- пропели рыхлые То же, грунты при подводной разра- ботке на глубине 25—30 м Сыпучие и слежавшиеся плотные пе- сок, гравий, песчано-гравийный грунт с прослойками супеси, суглинка или густой консистенции Песок, гравий, песчано-гравийные и гравийно-песчаные грунты плотные и сцементированные Глины и суглинки легкие, средние и плотные, супесь тяжелая, лёсс Всасывающий наконечник при сво- бодном (эрозийном) всасывании грунта То же, с эжектирующим (инжектиру- ющим) устройством Всасывающий наконечник с механи- ческим (фрезерным) или вибрацион- ным рыхлителем То же Всасывающий наконечник с механи- ческим (фрезерным) рыхлителем
Непосредственное всасывание с эрозийным размывом грунта.
Разработка пород свободным всасыванием с самообрушением
забоев несвязных (сыпучих) песчаных и песчано-гравийных грун-
тов, песков, легких супесей, поддающихся эрозии (размыву) при
невысоких размывающих скоростях, осуществляется простей-
шим грунтозаборным устройством — всасывающей трубой с на-
конечником.
Всасывающие наконечники в зависимости от формы и се-
чения приемного отверстия подразделяют на цилиндрические,
конические (раструбные) круглого и эллиптического сечений,
щелевые, эжекторные, а также грушевидные. Для облегчения за-
глубления в грунт наконечники устанавливают под углом 15—
20° к оси всасывающей трубы. Для уменьшения гидравлических
потерь площадь приемного наконечника должна быть больше
площади сечения всасывающей трубы в 1,5—1,7 раза.
540
При разработке несвязных песчаных грунтов без крупных
включений используют конические и цилиндрические наконеч-
ники, при засоренности грунтов негабаритными включениями
— эллиптические и щелевые. Высота щели должна быть на 10—
15 мм меньше проходного сечения грунтового насоса. При за-
сорении твердыми включениями наконечники перекрывают за-
щитными решетками, при включениях растительного происхо-
ждения (корневища, древесина) устанавливают корнерезки. Ре-
комендуемая скорость папильонирования 3—8 м/мин.
Конические наконечники имеют широкое применение бла-
годаря малым размерам и массе, простоте и доступности изго-
товления в полевых условиях.
Грушевидный наконечник имеет обтекаемую форму в соот-
ветствии с криволинейной траекторией движения подтекающих
струй воды в зоне всасывания, чем достигается уменьшение по-
терь напора при входе гидросмеси в наконечник, повышение
всасывающей способности земснаряда на 1,5—2 м и его произ-
водительности.
По мере разработки грунта в зоне наконечника скорость
всасывания и соответственно производительность земснаряда
резко снижаются. Для обеспечения непрерывности грунтозабо-
ра расстояние от наконечника до забоя должно быть не больше
предельного, соответствующего размывающей скорости, — ми-
нимальной скорости всасывания, при которой начинают отры-
ваться частицы грунта.
Размывающие скорости Гр, м/с, для грунтов при свободном
всасывании в подводных условиях должны быть следующими.
Песок .............................................1
Песок крупный, несцементированный .................1,5—2
Супесь и легкие суглинки ..........................1,2—2
Гравий и мелкая галька ...........................2—2,5
Крупный гравий (60—80 мм)..........................2,5—5
Это достигается за счет непрерывного папильонирования с
целью сохранения оптимального расстояния между наконечни-
ком всасывающей трубы и грунтом и контролируется произво-
дительностью земснаряда. Предельная скорость папильониро-
вания земснаряда при разработке песка и гравия свободным
всасыванием составляет 12—15 см/с (7—9 м/мин).
541
Глубина зоны всасывания больше при разработке легких
песчаных грунтов, меньше — при тяжелых и глинистых грун-
тах. Практически зона всасывания не распространяется более
чем на 1 м.
Диаметр приемного отверстия, м, наконечника всаса
Ае =74 ЙЛ* « ). (Ю-78)
где бР — расчетная производительность земснаряда по пульпе,
м3 / с; п = Рве / Гр — показатель относительной скорости всасыва-
ния (для песчаных и гравийных грунтов п = 2); Йвс — скорость
всасывания, м/с.
Длина, м, конического всасывающего наконечника
/ = 0,5(Р -d )ctga, (10.79)
где <Увс— диаметр всасывающей трубы, м; a — угол конусности
(сужения) наконечника (обычно a = 104-15°).
При работе на песках, легких супесях и песчано-гравийных
грунтах с небольшим содержанием мелкого гравия для увеличе-
ния глубины разработки всасывающую трубу наращивают до
длины 20 м и более. Но с увеличением глубины разработки сни-
жается консистенция пульпы и производительность земснаряда.
Гидравлическая подготовка пород к выемке. Подводную раз-
работку слабоуплотненных слежавшихся гравелистых песков и
песчано-гравийных грунтов при наличии прослоек суглинков
ведут свободным всасыванием с помощью гидравлических ры-
хлителей, работающих по принципу гидромонитора. Они совме-
щены с всасывающим наконечником и осуществляют разра-
ботку грунта по схеме размыва и обрушения.
Известны два подводных способа рыхления грунта: по-
верхностный и глубинный. Обычно применяют поверхностный
размыв грунта, используя энергию напорной затопленной струи
воды гидравлического рыхлителя. Угол расширения струи в вод-
ной среде 10—16°. Размывающая скорость воды зависит от ви-
да и состояния грунта.
Размывающие скорости 7рп, м/с, для подводного размыва
грунта должны быть следующими.
Ил неплотный, песок мелкий ...............................1,0
Песок средней крупности, несцементированный ..............1,2—1,5
Песок крупный, несцементированный, супесь.................1,5—2,0
Гравий мелкий и средний (до 25 мм) .......................1,8—2,0
Гравий крупный (до 75 мм) ................................2,0—2,5
542
По конструкции гидравлические рыхлители разделяют на
одно- и многонасадочные. Наибольшее применение имеют гид-
равлические рыхлители с одной-тремя насадками, располагаемы-
ми по отношению к всасывающему наконечнику следующим
образом: одна насадка — сверху (снизу), две насадки — по бо-
кам, три насадки — две по бокам, одна — сверху на размыв или
на инжектирование путем врезки во всасывающий пульпопро-
вод. Насадки располагают впереди всасывающего наконечника
на 150—250 мм с разворотом в сторону на 10—20°. Распростра-
ненные диаметры насадок 55, 60, 66, 75 и 80 мм.
Для водоснабжения гидравлических рыхлителей обычно при-
меняют насосы Д630-90, Д1250-65, Д1600-90 и Д2500-62.
При эксплуатации гидравлического рыхлителя следует стро-
го учитывать расстояние между насадкой и забоем. В спокой-
ной воде на расстоянии 1 м от насадки диаметром 80 мм ско-
рость струи уменьшается в 5 раз, при диаметре 50 мм — в 8 раз.
Удельная кинетическая энергия струи с удалением от забоя рез-
ко падает, на расстоянии 0,5 м она уменьшается в несколько раз,
а на расстоянии 1,5 м ее действие практически ничтожно. По-
этому насадки должны быть приближены вплотную к забою.
Разработка грунта с применением эжекторных устройств.
Для интенсификации грунтозабора и увеличения глубины разра-
ботки до 25—30 м при рыхлении несвязных грунтов с прослой-
ками или глин применяют гидравлические эжекторные устрой-
ства. Их устанавливают на всасывающей трубе в виде насадок,
это создает в ней дополнительный напор и увеличивает разре-
жение на 3—6 м, что повышает всасывающую способность
грунтового насоса и производительность земснаряда, исключа-
ет кавитацию и срыв вакуума, увеличивает глубину разработки.
Эжекторное грунтозаборное устройство с центральной на-
садкой применяют на земснарядах 180-60 и 300-40М для эжек-
тирования и гидравлического рыхления грунта (табл. 10.21, в
качестве примера).
Насосные агрегаты устанавливают на раме рыхлителя. Во-
да по трубопроводу подается к эжекторному наконечнику с
центральной насадкой, который является приставкой к всасы-
вающей трубе. Центральная (передняя) насадка предназначена
для подачи напорной воды на гидрорыхление грунта, задняя —
на эжектирование увеличения всасывающей способности грун-
тового насоса. Насадки сменные.
543
Таблица 10.21
Техническая характеристика земснарядов 180-60 и 300-40М
с эжекторным устройством
Показатели Земснаряды
180-60 300-40М
Производительность по грунту, м3/ч 200 340
Максимальная глубина разработки при угле наклона рамы 60°, м 18 20
Расход воды на эжектирование и гидро- рыхление, м3/ч 1250 2500
Напор рабочей воды, м 65 62
Диаметр сопла сменных насадок, мм Насос для воды: 40; 60; 80 100; ПО; 120; 150
тип Д1250-65 L2500-6:
подача, м /ч 1250 2500
мощность электродвигателя, кВт 320 500
напряжение, кВ 6 6
частота вращения, об/мин 1480 960
Эжекторы центрального типа имеют простую конструкцию,
наименьшие потери напора в насадках, стабильность парамет-
ров струи рабочей воды.
Кольцевые эжекторы обладают компактностью и жесткой
конструкцией, что позволяет напорно внедрять наконечник в
грунтовой массив. Однако они имеют и большие потери напо-
ра рабочей воды в кольцевой щели (коэффициент скорости ис-
течения для кольца не более 0,85, для круглого сопла — 0,93—
0,97). Многонасадочные эжекторы по основным параметрам за-
нимают промежуточное положение.
Насыщение засасываемой гидросмеси при обычных мето-
дах грунтоподготовки путем фронтального размыва грунта в
зависимости от крупности материала и плотности его сложения
составляет 0,25—0,35. Эжекторный грунтозабор способен к са-
морегулированию при значительном (более 0,6) увеличении
консистенции пульпы, работе с заглублением всасывающего
наконечника в грунт без срыва вакуума.
Недостатки эжекторных устройств — низкий гидравличе-
ский КПД и сравнительно малый напор, что вызывает увеличе-
ние мощности привода насоса для рабочей воды.
544
Механическая подготовка пород к выемке. Для разработки
связных плотнослежавшихся и сцементированных песчано-гра-
вийных грунтов землесосные снаряды оснащают механически-
ми фрезерными рыхлителями.
По конструктивным признакам фрезы разделяют на два
основных вида: открытые и закрытые (табл. 10.22).
Таблица 10.22
Техническая характеристика фрез
Фреза Тип зем- снаряда Число ножей Диаметр фрезы, мм Длина фрезы, мм Диаметр опорного кольца, мм Масса, кг
С прямолинейными Oi 100-35 пкрыт 5 ле фрезы 1000 800 1000 420
ножами 300-40 4 1700 1490 1600 1747
С прямолинейными 12А-4 5 1230 955 1160 610
ножами и клыками 300-40 6 1750 1490 1600 2265
Винтовая 300-40 5 1900 1318 1900 1775
С криволинейными 300-40 5 1900 1318 1900 1775
ножами «Моонзунд» «Митра» 3< скрыть 6 ie фрезы 1400 1280 1450 1300
Ложковая, с отвалами 12А-5, 4 1160 890 1160 660
сферического очертания (объединение «Транс- 12А-4 300-40 4 1900 1500 1800 1850
гидромеханизация») С коническими режу- 12А-4 4 1500 945 1500 950
ще-отвальными по- 300-40 4 182.2 1710 1830 2610
верхностями (СибЦНИИС) Со сменными режу- 12А-5 4 1500 1100 1160 700
щими кромками (глад- кими или с зубьями) Со спирально-винто- 300-40 4 1920 1700 1800 2500
выми отвалами Конструкции Кали- нинского политехни- ческого института: отвальная 300-40 5 1950 1150 1600 2715
350-50Л 4—5 2000 1300 1600 3120
плужная 12А-5 4 1350 850 1120 780
12А-4 4 1700 1050 1120 1580
545
10,3.5, Папилъонирование (перемещение)
землесосных снарядов
Разработка уступа производится отдельными прорезями,
выбор папильонажных устройств и способа перемещения зем-
снаряда в прорези зависит от условий разработки грунта (мощ-
ность слоя разработки, геологическая характеристика грунтов,
скорость течения воды и т. д.) и технических условий на выпол-
няемую работу (допуски по ширине, длине и глубине выемки).
Применяются следующие основные методы перемещения пла-
вучего земснаряда в прорези:
• тросовое;
® свайно-тросовое, которое в свою очередь подразделяется
на перемещение с шагающим свайным ходом и перемещение с
напорным свайным ходом.
Тросовое папилъонирование применяется на разработке рых-
лых, оползающих грунтов при дноуглубительных работах или
выемке грунта с большой глубины, когда использование свай
становится невозможным. При разработке рыхлитель удаляет-
ся; всасывающий наконечник (сосун) удлиняется, сваи закреп-
ляются или демонтируются, а сваеподъемные лебедки исполь-
зуются как кормовые папильонажные. Носовые и кормовые па-
пильонажные тросы закладываются по косым направлениям,
что позволяет отказаться от станового и кормового тросов. Сна-
ряд передвигается от бровки к бровке прорези (рис. 10.28).
Тросовое траншейное папилъонирование применяется при
разработке рыхлых, оползающих грунтов, а также при необхо-
димости выполнения узкой прорези.
Землесосный снаряд движется без папильонирования по оси,
совпадающей с осью снаряда. При этом сваи закрепляются в
поднятом положении, носовые папильонажные тросы заклады-
ваются веерообразно вперед на возможно большую дайну. Па-
пильонажные блоки с рамы переносятся на корпус.
Кормовой трос закладывается один с забросом якоря на
оси прорези. После продвижения снаряда на длину носовых тро-
сов вперед он возвращается назад в исходное положение, пере-
носится кормовой якорь, снаряд перемещается в сторону, про-
ходит следующую траншею и т. д. (до разработки всей прорези
на установленную ширину).
546
Рис. 10.28. Схема проходки прорези земснарядом 350-50Л
Расстояние между Соседними траншеями определяется гео-
метрическим расчетом в зависимости от глубины разработки и
углов естественного откоса грунтов. Чем реже заложены тран-
шеи, тем выше производительность земснаряда, но тем больше не-
доборы. Этот способ может быть рекомендован только в случае
неограниченных запасов горной массы в карьере (рис. 10.29).
Папилъонирование на сваях в направляющих на неподвижном
портале является простейшим видом папильонирования. На
портале в кормовой части земснаряда в направляющих обой-
мах подвешиваются сваи. При помощи лебедок сваи могут
подниматься и опускаться (закалываться). Свайное папильони-
рование заключается в поочередном поворачивании земснаря-
да вокруг одной из свай и перемещения земснаряда вперед при
перемене свай на одной из обусловленных осей. Поворачиваясь
вокруг сваи, земснаряд перемещается от одной кромки прорези
к другой, разрабатывая «ленту» грунта. С подходом разрыхли-
теля (всасывающего устройства) к кромке прорези направление
перемещения земснаряда меняется. Перемена свай может про-
изводиться на кромках прорези (рис. 10.30), либо на ее полу-
осях (рис. 10.31). Таким образом, земснаряд как бы шагает на
547
Рис. 10.29. Схема проходки прорези тран-
шейным способом:
1,2,3 — разбивка рабочих створов (применитель-
но к земснаряду 500-60)
сваях, передвигаясь вперед при каж-
дой смене сваи и полном повороте
от одной кромки до другой на вели-
чину «шага» — h.
Ширина разрабатываемой ленты
грунта зависит только от геометри-
ческих размеров фрезы. При широкой
прорези и смене свай на кромках
«шаг» земснаряда больше ширины
ленты, поэтому смежные ленты не пе-
рекрываются, вследствие этого при
разработке остаются значительные ог-
рехи. Уменьшить огрехи можно, если
«шаг» земснаряда сделать равным или
близким размеру ленты, разрабатыва-
емой фрезой. Для этого смену свай
производят не на кромках прорези,
а на 1/4 ширины прорези (промежу-
точных осях). Смена свай на промежуточных осях позволяет
разрабатывать забой при небольшой ширине прорези с необ-
ходимой чистотой (без огрехов).
Папилъонирование на сваях с напорным свайным ходом осу-
ществляется на земснарядах, имеющих перемещаемую над про-
емом в корпусе каретку с устройством, в котором закрепляется
напорная свая.
Вторая свая — прикольная, устанавливается на неподвиж-
ной основе, вокруг нее происходит поворот земснаряда при
разработке ленты грунта. Земснаряд перемещается при помощи
натяжения папильонажных тросов, фреза разрабатывает грунт
на площади ленты по концентрическим окружностям без Недо-
боров от кромки до кромки забоя. Затем при помощи напор-
ного механизма земснаряд отталкивается от сваи и продвига-
548
I
Рис. 10.30. Схема проходки прорези земснарядом при смене сваи на границах
прорези:
] — начальное положение земснаряда; 2 — последующее положение земснаряда; 3 —
точки перемещения свай; 4 — граница прорези; В ширина заходки земснаряда
ется вперед на ширину ленты, после чего совершает рабочий
ход в обратном направлении до противоположной кромки про-
рези. Такие ходы разработки делаются до тех пор, пока не
будет использована вся величина хода напорной тележки сваи.
Затем земснаряд останавливается, прикольная свая сбрасывает-
ся. Напорная свая поднимается, каретка со сваей перегоняется в
исходное положение, и свая вновь сбрасывается на грунт. При-
кольная свая при этом поднимается, и цикл папильонирования
продолжается (рис. 10.32).
Папильонирование с напорным свайным ходом обеспечи-
вает полное покрытие разрабатываемой площади без остав-
ления огрехов. Недостатком способа может считаться только
549
Рис. 10.31. Схема проходки прорези земснарядом при смене свай на промежу-
точных осях:
7 — начальное положение земснаряда; 2 — последующее положение земснаряда; 3 —
оси смены свай; В — ширина заходаи земснаряда
остановка папильонирова-
ния во время возвращения
каретки с напорной сваей в
исходное положение.
Рис. 10.32. Схема проходки проре-
зи земснарядом с напорным свай-
ным ходом:
1 — земснаряд; 2 — прикольная свая;
I, II, III, IV— положения сваи в проре-
зи корпуса земснаряда; В — ширина
заходки земснаряда
550
10.3.6, Выбор типа плавучего землесосного снаряда
Тип земснаряда выбирают в зависимости от типа грунта в
карьере, дальности транспортирования пульпы, превышения греб-
ня сооружения над горизонтом воды в карьере, глубины разра-
ботки и типа намываемого сооружения (плотина, гидроотвал,
намываемая территория, хвостохранидище).
Число земснарядов определяют по формуле
N = WnkykJ(Qr3T)i (10.80)
где Wn — объем намываемого сооружения, тыс. м3, определяе-
мый по проектным данным; кп — коэффициент, учитывающий
потери грунта при разработке; ку — коэффициент, учитываю-
щий унос грунта при его намыве и в карьере; Qr. 3 — годовая
производительность земснаряда по гидросмеси, тыс. м3; Т —
продолжительность строительства объекта, определяемая по нор-
мативам или устанавливаемая в техническом задании.
Окончательно число земснарядов определяют путем сопос-
тавления расчетов по формуле (10.81) для двух-трех типов зем-
снарядов разной производительности.
При выборе типа и числа земснарядов необходимо учиты-
вать следующее:
• чем меньше число земснарядов, тем проще организовать
их работу, но выход из строя и длительный простой каждого
земснаряда в этом случае более опасны и могут привести к дез-
организации работ;
• округлять необходимое число земснарядов целесообраз-
но в бо'лыпую сторону, так как не все земснаряды одновременно
вводятся в работу, к тому же это позволит обеспечить некото-
рый производственный резерв;
® часто при выборе типа земснаряда ограничиваются на-
личным парком машин, поэтому изменяют их число.
10.3.7. Расчет параметров прорези в карьере
Определение размеров прорези. Ширина прорези по дну оп-
ределяется размерами земснаряда и проектной глубиной разра-
ботки (рис. 10.33). Длину земснаряда от сваи до грунтозабор-
ного устройства рассчитывают по формуле
4 с = 4+74> (10.81>
551
Рис. 10.33. Схема попе-
речного сечения прорези
где До — длина
корпуса от сваи до
оси вращения рамы
грунтозаборного ус-
тройства; Др — дли-
на рамы от оси вра-
щения до конца фрезы; Лр — проектная глубина разработки
карьера.
На практике угол поворота земснаряда в плане принимают
равным не более 35° в каждую сторону от оси канала. При
большем угле поворота возникают недопустимо большие уси-
лия в рабочих канатах.
Максимальную ширину прорези по дну определяют по фор-
муле
= 2£3 с sin ф
(10.82)
где ср — максимально допустимый угол поворота земснаряда в
плане, градус.
При ср = 35° выражение (10.82) принимает вид
►max _ 1 1 г г
пр 1 ’1 с
(10.83)
Ширину прорези по урезу воды рассчитывают по формуле
>г. в
'пр
(10.84)
где т — подводное заложение откосов карьера в процессе
строительства, принимаемое в зависимости от типа разрабаты-
ваемого грунта.
Максимальная длина прорези определяется длиной плаву-
чего пульпопровода, которым комплектуется земснаряд, дли-
ной его корпуса и шириной прорези по урезу воды. Как будет
показано далее, земснаряд обычно разрабатывает от одного бе-
регового подключения одну-две прорези. В этом случае макси-
мальная длина прорези составит
/max _ / r2 _ р2 I , г
Чр ~ Чл "прЧ + Ч. с ’
(10.85)
552
Рис. 10.34. Схема размещения плавучего пуль-
попровода в прорези:
I — в конце разработки; 2 — после подсоединения к
новому береговому пульпопроводу; 3 — земснаряд;
ПС 1 и ПС2 — подсоединения
где Апл — длина плавучего пульпопрово-
да; kt — коэффициент, зависящий от
положения прорези относительно бор-
та карьера.
Если прорезь примыкает к борту
карьера, то = 0,25, если она располо-
жена второй от борта, то к{ = 2,25. Полученные значения Впр и
служат для проектирования разбивки карьерного поля на
карты и блоки. Окончательные размеры прорези (ширину и
длину) уточняют в процессе разбивки. Обычно на практике ра-
бочую длину прорези принимают кратной двум или трем раз-
мерам ширины прорези.
Размеры карьера в плане (длина и ширина) должны быть
также кратными ширине прорези. После уточнения ширины про-
рези проверяют, чтобы она не была меньше допустимой. Мини-
мальную ширину прорези по урезу воды определяют расчетом.
Плавучий пульпопровод с шаровыми шарнирами между
звеньями при его подключении к очередному патрубку берего-
вого пульпопровода должен разместиться по ширине прорези в
свернутом виде, поэтому делается проверочный расчет. На рис.
10.34 показано два положения плавучего пульпопровода — в
конце разработки прорези и после переключения на очередной
патрубок берегового пульпопровода. Минимальный диаметр
свернутого пульпопровода зависит от длины одного звена /зп и
максимально возможного угла поворота одного звена относи-
тельно другого Р:
^пл ~ / (tg ₽ /2)»
(10.86)
где Z3B — длина одного звена плавучего пульпопровода; 3 =
= 15ч-20° —при соединении звеньев шаровыми шарнирами.
553
Для нормального размещения плавучего пульпопровода в
пределах прорези диаметр Dnn должен быть меньше ширины
прорези по урезу воды Вщ> на ширину понтонов плавучего пуль-
попровода. Практически его можно принимать равным
D <В-2Ь, (10.87)
где b — запас ширины прорези на размещение понтонов плаву-
чего пульпопровода.
При работе земснаряда в узкой прорези, когда > 7?пр — 2Ь,
плавучий пульпопровод не может быть развернут на 180° и дол-
жен быть размещен в виде синусоиды (рис. 10.35). В этом случае
максимальная длина прорези, разрабатываемой от одного под-
соединения,
/7=74-о,25в;-д,ач, (10.88)
где Лнач — начальная длина свернутого в синусоиду плавучего
пульпопровода.
Из рис. 10.35 следует, что начальная длина
£нач = «А (10.89)
где I — длина хорды свернутого пульпопровода по оси проре-
зи; п — число хорд.
Число хорд можно определить по формуле
п = [Ц„ -Впр/2)/(7г£>ол)]Т/360> (10.90)
где ¥ — центральный угол, соответствующий длине хорды.
Длину хорды / и центральный угол Т определяют из тре-
угольника efg.
Рис. 10.35. Схема размещения плавучего пульпопровода в узкой прорези
554
Длина хорды
I = 2е/ = 2Япл8т¥/2. (10.91)
Величину ¥ определяют из следующих выражений:
в„р-2Ь = 2(Лт -fg); (10.92)
/g = 2?nj,cos4'/2; (10.93)
Впр-26 = 27?lln(l-cos4'/2); (10.94)
cos4'/2 = l-(B„p-26)/(22?„J; (10.95)
sin4'/2 = ^l-[l-(B„p -2б)/(2Лш )]. (10.96)
Решая последнее уравнение, окончательно получим:
sin Ч- / 2 = 1/ опл >пр -2б) (2Dm - 5ПР + 2б); (10.97)
/ = Жр-2»)(2Чл-^р+2б). (10.98)
10.4. Организация разработки грунта в каналах
Русло канала разбивают на прорези, карты и блоки в зави-
симости от принятой схемы расстановки земснарядов в канале.
Если русло канала сложено из водопроницаемых грунтов, а уро-
вень подземных вод высокий, то ограничений в водоснабжении
каждого забоя земснаряда не будет. В этом случае целесооб-
разно применить рассредоточенную схему расстановки земсна-
рядов, выделяя для каждого свой блок I и II по длине канала
(рис. 10.36). Размеры прорези рассчитывают по приведенным
выше формулам. Русло канала по длине разбивают на карты и
для каждого земснаряда намечают по несколько карт, которые
образуют блок. Длину карты назначают в зависимости от раз-
меров канала и проектного уклона его дна с таким расчетом,
чтобы глубина воды у верховой перемычки была не меньше,
чем минимально допустимая глубина разработки грунта для
принятого земснаряда. Объем грунта в одном блоке целесооб-
разно принимать не менее годовой выработки земснаряда.
555
Рис. 10.36. Схема рассредоточенной расстанов-
ки земснарядов по длине канала:
/, 2 — земснаряды; 3, 4 — плавучие пульпопроводы;
5,6 — береговые пульпопроводы
На рис. 10.36 показана схема рас-
становки земснарядов по длине канала,
когда за каждым земснарядом закреп-
ляется блок с объемом выработки, рав-
ным объему выработки земснаряда за
весь период строительства. Недостат-
ком такой схемы организации работ
является большая протяженность фрон-
та работ, что приводит к затруднениям
в техническом снабжении земснарядов,
доставке бригад, организации ремонтов.
В пределах каждой карты земсна-
ряд разрабатывает прорези, головные
забои которых расположены уступами.
Максимальный размер уступа между го-
ловными забоями соседних прорезей при
условии полного использования длины
плавучего пульпопровода определяют по формуле
(10.99)
где LnP и 2?пР — длина и ширина прорези; Ц. с — длина земсна-
ряда.
Более рациональной является групповая схема размещения
земснарядов в забое, когда одновременно несколько земснаря-
дов, двигаясь уступом, разрабатывают сразу всю ширину кана-
ла (рис. 10.37). Такая схема характеризуется следующими досто-
инствами:
• облегчается техническое снабжение и ремонт земснарядов;
• появляется возможность транспортировки всех грузов по
каналу от его головной части до забоя, а также создание плаву-
чих баз и электростанций, плавучих жилых комплексов на
брандвахтах;
• исключается необходимость сооружения временных до-
рог и линий электропередачи, вследствие чего резко сокраща-
ется подготовительный период и снижается стоимость работ;
556
• облегчается маневрирование плавучих пульпопроводов
земснарядов, так как сразу за кормой группы земснарядов соз-
дается широкая водная акватория.
При групповой расстановке земснарядов длина их плаву-
чих пульпопроводов должна быть различной. Только в этом
случае можно обеспечить одинаковую длину прорезей для всех
земснарядов, разрабатывающих забой единым фронтом. В слу-
чае полного использования длины плавучего пульпопровода
первым земснарядом приращение длины плавучего пульпопро-
вода для каждого соседнего земснаряда должно составить
АД, = 7(4» - 4»)2 +<Ч! 4 - 7(4» - А.е)2 +4„ !4 . (10.100)
Для повышения коэффициента использования рабочего
времени земснаряда применяют подвесные плавучие отвальные
мосты. Особенно эффективно их применение при разработке
плотных глин кусковым способом. В этом случае весь разрабо-
танный в канале грунт можно уложить в приканальные дамбы.
По такой технологии был сооружен оросительный канал на
Северном Кавказе. Глины и тяжелые суглинки разрабатывали
земснарядами типа 300-40, оборудованными плужными фреза-
ми. Более 60 % грунта поступало на карты в виде кусков и
комьев, которые быстро омоноличивались и создавали одно-
родную дамбу.
При разработке откосов канала зем-
снарядами обеспечить проектное зало-
жение не удается, поэтому откос в ниж-
ней части разрабатывается с перебором
с таким расчетом, чтобы в последую-
щем землеройными машинами можно
было уклоны откосов привести в соот-
ветствие с проектом. На рис. 10.38 по-
казан поперечник канала по проекту и
строительный.
Рис. 10.37. Схема групповой расстановки зем-
снарядов в канале:
1 — земснаряды; 2 — плавучие пульпопроводы; 3.—
береговые пульпопроводы земснарядов
557
Рис. 10.38. Поперечник канала при разработке его земснарядами:
1 — строительный поперечник; 2 — поперечник после обрушения откоса
Для получения равновеликих объемов срезки и подсыпки
грунта землеройными машинами строительная ширина канала
в основании должна быть
Бстр=Впр+2Я(?м -т ), (10.101)
осн осн к' пр стр7’ v 7
где Нк — глубина канала; типр и тетр — заложение откосов ка-
нала соответственно по проекту и в процессе строительства.
Строительное заложение откосов канала принимают равным
1:0,5—1:1 в зависимости от типа грунта.
10.5. Водообеспечение земснарядов в карьере
Существуют следующие способы водоснабжения землесо-
сных снарядов в карьере: прямое (одноразовое использование
воды), оборотное (кругооборотное использование воды) и с ис-
пользованием грунтовых вод (табл. 10.23).
Прямое водообеспечение применяют в большом водоеме
(река, озеро) с практически неограниченным дебитом и посто-
янным горизонтом воды; при ограниченном дебите используют
дополнительную подачу воды из другого источника (само-те-
ком по траншее или насосами по трубопроводам).
В пойменном карьере, отделенном от реки перемычкой, уро-
вень воды регулируют ее подачей из реки через задвижку на
трубе, уложенной в перемычке.
Расход воды, м3/ч, при прямом водообеспечении
558
(10.102)
где Qr — производительность земснарядов по грунту, м3/ч; q —
удельный расход воды на разработку и гидротранспортирова-
ние 1 м3 грунта; Zqu — сумма потерь воды на фильтрацию и ис-
парение, м3/ч (в средних условиях составляет 5—10 % расхода
воды QTq).
При прямом водоснабжении осветленная вода с карты на-
мыва в полном объеме до сброса в реку подлежит очистке в
системе отстойников в соответствии с требованиями санитар-
ных норм.
При оборотном водообеспечении осветленная вода возвра-
щается в карьер самотеком по траншеям, а при невозможности
возврата ее самотеком используют насосные станции. Для от-
качки осветленной воды применяют только грунтовые насосы
из-за наличия в ней твердых взвешенных частиц грунта. Общие
потери воды в грунте насыпи, при фильтрации через ее основа-
ние и откосы, на испарение и замещение извлеченного грунта в
забое составляют ориентировочно 15—30 % потребности в воде
работающих земснарядов.
Таблица 10.23
Водообеспечение земснарядов в карьере
Водообеспечение Разновидность способа водообеспечения Условия применения способа
Прямое Оборотное Использование грунтовых вод Самотечное Подача насосами Самотечное Подача насосами Фильтрация через от- косы и дно карьера Смешанное Подача насосами глу- бинного водоотлива Ук £ Ун, где Ук и Уи соответст- венно уровни воды в карьере и источнике водообеспечения Ук>Уи Уи<Ук Ук>Уи
559
Потери компенсируют обычно подкачкой воды в карьер
насосами с учетом дебита грунтовых вод. Грунтовые воды
фильтруются через откосы и дно карьера. Водоснабжение зем-
снарядов за счет грунтовых вод с понижением их уровня следу-
ет предусматривать в проекте с учетом влияния на окружаю-
щую среду.
10.6. Гидравлический транспорт грунта от земснаряда
Расчет гидротранспорта с учетом конкретных условий воз-
можен по одной из методик, рассмотренных в разд. 7.8.
В транспортном строительстве расчет гидротранспортиро-
вания породы производится по методике, разработанной в Мос-
гипротрансе. Она основана на определении потерь в трубопро-
водах при движении воды с введением поправочных коэффици-
ентов, учитывающих увеличение потерь при движении гидро-
смеси.
Расчетные данные приведены в табл. 10.24—10.29.
Таблица 10. 24
Критические скорости движения пульпы Ккр, м/с
Грунт Диаметр пульпо- провода Dn, мм Консистенция пульпы
Т:Ж= 1:5 Т:Ж = 1:10 Т:Ж=1:15
Песчано-гравелисто- галечный с содержа- нием гравия и гальки свыше 45 % 400 4,5 4,03 3,74
500 5,0 4,46 4,20
600 5,48 4,95 4,60
Песчано-гравелистый с содержанием гравия и гальки 20—45 % 400 3,87 3,57 3,28
500 4,34 3,90 3,64
600 4,76 4,28 4,0
Крупнозернистые пес- ки с содержанием гра- вия до 10 % 400 3,32 2,94 2,76
500 3,67 3,30 3,08
600 4,04 3,6 3,40
Мелкозернистые пески 400 2,77 2,48 2,32
500 3,10 2,88 2,58
600 3,42 3,0 2,86
Лёссовидные суглинки 400 1,88 1,68 1,57
500 2,12 1,88 1,77
600 2,32 2,07 1,94
560
Таблица 10.25
Диаметр пульпопровода £>п, мм, для гидротранспортирования грунтов
Т ранспортируемый грунт Тип земснаряда
12А-5М 180-60 300-40М 350-50Л 400-70
Песчаный 400 500 600 600;700 700
Песчано- гравийный 400 400 500 500 600
Гравийный 400 400 500 500 600
Таблица 10.26
Средние ориентировочные скорости движения пульпы Кр, м/с
Вид транспорти- руемого материала Размер основной фракции, мм Диаметр пульпопровода Dn, мм
400 500 600 700
Глины и суглинки, не дающие комков 0,005—0,05 2,1 2,3 2,5 2,7
Супеси и пески мел- кие и средние Пески крупные с гравием в количе- стве: 0,05—1,0 2,4 2,7 3,0 3,2
небольшом 1,0—5,0 3,0 3,3 3,6 4,0
большом 5—20 3,5 3,8 , 4,2 4,5
Таблица 10.27
Потери напора воды, м, на 100 м длины стального трубопровода
Подача воды Q Диаметр трубопровода, мм
400 500 600 700
м3/ч л/с И, м/с 100/в V, м/с 100/в V, м/с 100/в И, м/с 1 ОО/'в
800 220 1,75 0,77 ——- — —
900 250 1,99 0,98 — — —— ——
1000 280 2,23 1,20 —- — — •*—- —
1115 310 2,47 1,49 1,58 0,54 1,10 0,20 "-**’*’
1260 350 2,79 1,87 1,78 0,68 1,24 0,26 0,91 0,12
1440 400 3,19 2,42 2,08 0,88 1,42 0,33 1,04 0,16
1580 440 3,50 2,89 2,24 1,04 1,56 0,40 1,14 0,18
1800 500 3,98 3,68 2,53 1,32 1,77 0,50 1,30 0,23
561
Окончание табл. 10.27
Подача воды Q Диаметр трубопровода, мм
400 500 600 700
м3/ч л/с V, м/с 100/в И, м/с 100/в И, м/с 100/в V, м/с 100/в
2020 560 4,46 4,56 2,86 1,66 2,00 0,64 1,45 0,29
2230 620 4,94 5,56 3,16 2,01 2,20 0,76 1,61 0,35
2520 700 5,58 7,01 3,55 2,53 2,48 0,96 1,82 0,45
2880 800 6,38 9,02 4,08 3,28 2,83 1,23 2,08 0,58
3020 840 6,69 9,85 4,28 3,60 2,98 1,36 2,18 0,63
3240 900 7,16 11,22 4,58 4,06 3,19 1,55 2,34 0,72
3600 1000 — — 5,10 5,00 3,54 1,89 2,60 0,88
3690 1100 — — 5,6 5,11 3,89 2,09 2,86 0,99
4326 1200 — — 6,11 5,72 4,24 2,47 3,12 1,21
Таблица 10.28
Значения поправочного коэффициента К,
учитывающего повышение сопротивления при движении
пульпы по трубопроводу
Транспортиру- емый материал Средняя скорость по- тока пульпы Кр, м/с Консистенция пульпы
1:20 1:12 1:10 1:8 1:5
Глины и суглин- 1,4 1,15 1,20 1,25 "
ки, не дающие 2,0 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30
при разработке 2,7 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25
комков
Супеси и пески 1,7 1,25 1,25 1,30 1 ' '
мелкие и средние 2,0 1,17 1,20 1,25 1,30 —
3,2 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30
Пески крупные:
с небольшим 2,1 1,20 1,30 1,35 —
количеством 3,0 1,17 1,25 1,30 1,35 —•
гравия 4,0 1,15 1,20 1,25 1,30
с большим 2,4 1,30 1,35 1,40
количеством 3,0 1,25 1,30 1,35
гравия 4,5 1,20 1,25 1,30 • —
562
Таблица 10.29
Потери напора (ориентировочные) на 100 м длины пульпопровода, м
Земснаряд Производительно- сть по пульпе, м3/ч Диаметр пульпо- провода Dn, мм Группы грунтов
1,11 III, IV V, VI VII, VIII
12А-5М 1200 500 2,0 2,5 3,5 5,0
400 2,5 4,0 5,0 6,0
12А-4М 1600 500 1,5 2,0 4,0 5,0
400 3,5 4,5 5,5 6,5
180-60 2000 500 2,0 2,5 4,5 5,5
400 4,0 5,0 6,0 7,0
300-40М 4000 600 2,0 3,5 4,5 5,5
10.7. Намыв насыпей
10.7.1. Способы укладки грунта в сооружения
При укладке грунта в сооружение (дамб, плотин, площа-
док, насыпей автомобильных и железных дорог) необходимо,
помимо соблюдения определенных размеров и конфигурации
сооружения, обеспечивать требуемую плотность укладки грун-
та, а в некоторых случаях и раскладку грунта по фракциям.
При укладке грунта поток пульпы, вытекая из трубы на
карту намыва, по мере удаления от места излива расширяется и
скорость его уменьшается, в результате чего под действием си-
лы тяжести из него выпадают частицы грунта. Причем чем
ближе к месту излива, тем крупнее выпадают частицы. Мелкие
же частицы вместе с водой поступают в пруд-отстойник, где
выпадают мелкие фракции грунта и осветляется вода. Таким
образом, при гидромеханизированном способе в процессе ук-
ладки грунта попутно осуществляется и раскладка его по фрак-
циям, что используется при намыве плотин и других гидротех-
нических сооружений.
При гидравлической укладке грунта в большинстве случаев
обеспечивается достаточная плотность, поэтому дополнитель-
но уплотнять грунт не требуется.
Чтобы сооружения были устойчивыми и высокого качест-
ва, грунт необходимо укладывать в соответствии с техниче-
скими условиями и указаниями проекта на возведение сооружения.
563
Всякое отступление от этих указаний вызывает повреждение
сооружения в процессе намыва и снижение его качества.
В зависимости от физико-механических свойств грунта, а
также вида намываемого сооружения грунт укладывают через
торец трубы или через выпуски (отверстия). Песчано-гравели-
стые и песчаные грунты в большинстве случаев укладывают че-
рез торец пульпопровода с последующим наращиванием его, а
суглинистые и глинистые — через выпуски.
На основе технологической схемы намыва намываемое со-
оружение разбивается на отдельные карты, огражденные пер-
вичными дамбами обвалования. Размеры карт намыва назна-
чают исходя из условий соблюдения требований допустимой ин-
тенсивности намыва, обеспечивающей плотность намытого грун-
та, и полного использования производительности земснарядов.
Интенсивность намыва характеризуется мощностью слоя на-
мыва в единицу времени (м/сут), определяется водопроницаемо-
стью намытых грунтов. Опыт показывает, что допустимая ин-
тенсивность намыва для среднезернистых песков (0,8—-0,9 м/сут)
отвечает требованиям, предъявляемым к строительным свойст-
вам грунта. При намыве пылеватых песков и супесей допускае-
мая интенсивность намыва не должна превышать 0,2—0,3 м/сут
и назначается в зависимости от содержания пылевато-глини-
стых фракций. При содержании этих фракций свыше 10 % пе-
риодически делают перерывы на три-пять дней. Для равномер-
ного распределения фракций пылеватого или песчано-глини-
стого грунта на картах намыва производится одновременно не-
сколько встречных выпусков, что вызывает взаимное гашение
скоростей встречных потоков. Точки выпуска пульпы на терри-
торию располагают на равном расстоянии друг от друга, обра-
зуя определенную сетку на карте намыва. Расстояние между ося-
ми разводящих пульпопроводов, а также от пульпопровода до
дамб обвалования назначается в зависимости от состава карь-
ерного грунта и класса намываемой территории. Для пылева-
тых и глинистых песков оно обычно не превышает 50—60 м.
Для равномерного осаждения и ускорения уплотнения мелких
частиц в ходе намыва изменяется направление стока осветлен-
ной воды в пределах намываемой карты. С этой целью водо-
сбросные устройства располагают в различных углах карты
намыва или вдоль дамб обвалования через 80—100 м. Работа
водосбросных устройств проверяется на пропуск сбрасываемой
564
осветленной воды при наибольшей запроектированной интен-
сивности намыва. Для сброса осветленной воды обычно при-
меняют колодцы шандорного типа, установленные в понижен-
ных местах не ближе 8—10 м от дамб обвалования.
10.7.2. Намыв карт отгрузки полезного ископаемого
При технологической схеме, показанной на рис. 10.39, пес-
чано-гравийная смесь без разделения по фракциям подается на
склад, состоящий из 2—3 карт намыва. При намыве одной кар-
ты на другой ведутся подготовительные работы. Намыв осуще-
ствляется торцевым низконапорным способом. Заложение от-
косов штабеля 1:2. Для укладки труб применяется трубоуклад-
чик ТЛ-4. Порядок выемки песчано-гравийной смеси земсна-
рядами аналогичен порядку выемки обычным способом.
Технологические схемы часто включают операции по сгу-
щению гидросмеси, т. е. по удалению части воды, с целью обес-
печения оптимальных режимов работы технологического обо-
рудования. Для этого применяются различные сгустители, ко-
торые по принципу действия делятся на четыре типа:
• диафрагмовые, в которых с помощью диафрагмы отделя-
ется часть верхнего потока гидросмеси, содержащая незначи-
тельное количество материала (рис. 10.40);
® колонковые с вертикально восходящим потоком, в кото-
рых осаждаются частицы с гидравлической крупностью, пре-
вышающей скорость потока воды (рис. 10.41);
• камерные, в которых частицы выпадают на дно камеры
из-за уменьшения скорости потока;
® центробежные (гидроциклоны), в которых происходит
сегрегация частиц по крупности под действием центробежных
сил (рис. 10.42).
В сгустителе ГЦГ-1, разработанном во ВНИИнеруде, сгу-
щение гидросмеси происходит непосредственно на добываю-
щем земснаряде, и степень обезвоживания песчано-гравийной
смеси позволяет ее транспортировать ленточными конвейе-
рами и другими неспециализированными транспортными сред-
ствами.
565
60
A-A
Рис. 10.39. Схема добычи песчано-гравийной смеси земснарядами ЗГМ-1-350Л и 10ГРУ-8Л
Рис. 10.40. Схема диафрагмового сгустителя:
1 — диафрагма; 2 — слив; 3 — сгущенная пульпа
Рис. 10.41. Схема колонкового сгустите-
ля:
1 — слив; 2 — сгущенная пульпа
Рис. 10.42. Схема гидроцикло-
на:
1 — слив; 2 — пульпа; 3 — восхо-
дящий поток; 4 —- траектория дви-
жения частиц; 5 — пески
10,7.3. Намыв дорог, гидротехнических сооружений
и территорий
Намыв автомобильных и железнодорожных насыпей. Основ-
ными объектами, сооружаемыми с применением гидромехани-
зации на строительстве железных и автомобильных дорог, яв-
ляются насыпи земляного полотна, реже — выемки. Проекти-
рование и намыв насыпей дорог ведут в соответствии с требо-
ваниями Строительных норм и правил (СНиП).
568
Таблица 10.30
Ширина, м, земляного полотна (насыпи) дорог
Дорога Категория линии или дороги
I II III IV V
Железная однопутная, земляное по-
лотно из грунтов:
глинистых и недренирующих песков 6,5* 6,5 5,8 5,5 5,0
мелких и пылеватых скальных, круп- 5,8* 5,8 5,2 5,0 4,6
нообломочных и песчаных дрениру-
ющих
Автомобильная 27,5** 15,0 12,0 10,0 8,0
* Ширину земляного полотна при соответствующих технико-экономических обо-
снованиях допускается принимать равной 7,0 м при использовании глинистых грун-
тов и 6,0 м — скальных и дренирующих грунтов.
** Ширину земляного полотна принимают более 27,5 м при числе полос движе-
ния больше четырех.
Ширину земляного полотна (насыпей) дорог принимают по
нормам, приведенным в табл. 10,30 и 10.31.
Дорожное земляное полотно по ширине с учетом приме-
няемого оборудования гидромеханизации относится преиму-
щественно к узкопрофильным сооружениям.
Дамбы первичного обвалования из песчаных грунтов раз-
мещают в теле насыпи. Дамбы из супесчаных, суглинистых и
глинистых грунтов располагают вне проектного контура насы-
пи, по окончании намыва они должны быть удалены. При кре-
плении откосов железобетоном первичное и текущее обвалова-
ние выносят за проектный контур с последующей срезкой рых-
лого слоя.
Таблица 10.31
Ширина карт намыва, м,
в зависимости от количества поступающей пульпы
Сооружения Количество поступающей на карту намыва пульпы, м3/ч
400— 100 1101— 2000 2001—- 3000 3001— 4000 4001— 7500
Широкопрофильные >15 >25 >45 >60 >100
Узкопрофильные 15—5 25—10 45—12 60—15 100—30
569
Таблица 10.32
Интенсивность намыва, м/сут, сооружений из песчаных грунтов
Основание сооружения Пески
пылеватые и мелкие средней крупности крупные гравелистые
Водонепроницаемое 0,2—0,4 0,4—0,6 0,8—1,0 1,0—1,5
Водопроницаемое 0,4—0,6 0,6—0,8 1,0—1,5 1,5—2,0
Таблица 10.33
Длина карт намыва и число водосбросных колодцев
Показатель Производительность земснаряда по пульпе, м3/ч
1000 1500 3000 4000 5000
Длина карты намы- ва, м 50—150 100—200 150—250 200—300 200—400
Число водосбросных колодцев 1—2 к 1—2 2—3 2—3 2—4
Расстояние между ко- лодцами, м, не более 75 75 75 100 100
Таблица 10.34
Заложение и углы откосов насыпей
Заложение откоса Угол откоса Заложение откоса Угол откоса
1:1 45° 1:5 11° 20'
1:1,5 33° 40' 1:10 5° 40'
1:1,75 29° 40' 1:20 2° 53'
1:2 26° 33' 1:25 2° 17'
1:3 18° 25' 1:30 1° 53'
1:4 14° 03' 1:40 1° 27'
Устойчивость откосов насыпи в процессе строительства зави-
сит от интенсивности намыва (роста сооружения по высоте), оп-
ределяемой водоотдачей грунтов и водопроницаемостью осно-
вания (табл. 10.32), а также производительностью земснарядов.
Интенсивность намыва насыпей должна быть такой, чтобы
грунт в процессе намыва успевал отдавать воду. При намыве
насыпей из мелкозернистых и пылеватых песков необходимо
подготовить не менее двух смежных карт: поочередно на одной
из них ведут намыв, на другой происходит обезвоживание грун-
та в результате фильтрации воды.
570
Длина, м, карты намыва
/ = епэ/(^), (10.103)
где бгр — суточная производительность земснаряда по грунту,
м3 / сут; b — средняя ширина карты намыва, м; h — интенсив-
ность намыва, м/сут (см. табл. 10.32).
Длину карты намыва определяют также в зависимости от
производительности земснаряда (табл. 10.34).
Ширина карты намыва по основанию определяется шири-
ной насыпи поверху и заложением откосов в зависимости от их
крутизны (табл. 10.35).
Ниже приведена рекомендуемая минимальная ширина карт
намыва.
Тип земснаряда.............. 100-35 180-60 300-40 400-70
Минимальная ширина
карты намыва, м............. 12—15 15—20 25—35 40—50
При сооружении высоких и узкопрофильных насыпей ши-
риной 6—15 м поверху применяют рабочий профиль с намывом
насыпи меньшей высоты и соответственно большей ширины.
Излишек грунта на откосах после окончания намыва переме-
щают экскаватором или бульдозером наверх в проектный про-
филь, формируя «шапку» насыпи.
Намыв грунта подводной части насыпей и других сооруже-
ний ведут сосредоточенным выпуском пульпы из торцов пери-
одически наращиваемого пульпопровода при свободном отко-
се, расположенном выше уровня воды на 1—1,5 м. Подводный
откос при намыве формируют более крутым, чем надводный.
Уклон подводного откоса зависит от намываемых грунтов и глу-
бины водоема (табл. 10.35). С увеличением глубины воды (5 м и
более), а также течения водотока подводные откосы намывае-
мого сооружения выполаживают.
Основные способы намыва насыпей железных и автомо-
бильных дорог и других сооружений указаны в СНиП Ш-8—76.
При безэстакадном способе намыва (рис. 10.43, 10.44) про-
изводится сосредоточенный выпуск пульпы из торцов раструб-
ных труб, укладываемых непосредственно на намытый грунт
краном-трубоукладчиком повышенной проходимости без пре-
кращения процесса намыва, который ведут слоями (ярусами)
высотой до 1—1,5 м и более (при необходимости на проектную
571
Таблица J0.35
Крутизна подводного откоса при намыве в воду
Грунт Глубина намыва, м
1—5 5—10 10—15 15—20
Супесь 1:8 1:16 1:24 1:28
Песок:
мелкозернистый 1:6 1:13 1:19 1:22
среднезернистый 1:6 1:12 1:17 1:20
крупнозернистый 1:5 1:10 1:14 1:17
Гравий 1:1,5 1:1,5 1:1,5 1:1,5
Галька 1:1,25 1:1,25 1:1,25 1:1,25
высоту насыпи) при наращивании труб и при укорачивании
трубопровода — до 0,7—1 м. Этот способ применяют при на-
мыве сооружения из гравелистых, крупно- и среднезернистых,
мелких, реже пылеватых песков, обладающих достаточной не-
сущей способностью. Безэстакадный способ является наиболее
эффективным, так как обеспечивает полную механизацию ра-
бот и непрерывность процесса намыва, увеличивает коэффици-
ент использования земснаряда по времени, обеспечивает тон-,
кослойный намыв, не требует расхода лесоматериалов.
При безэстакадно-тонкослойном способе намыв ведут сло-
ями 0,15—0,6 м (рис. 10.45), пульпопровод укладывают на намы-
тый грунт, намыв ведут слоями высотой 1,5 м и более до про-
ектной высоты сооружения.
При безэстакадно-встречно-торцевом способе (рис. 10.46)
намыв каждого очередного слоя ведут в направлении, противо-
положном намыву предыдущего слоя, при работе одного из
двух попеременно работающих водосбросных колодцев, что по-
зволяет рассредоточить скопление мелких фракций грунта у во-
Рис. 10.43. Схема намыва узкопрофиль-
ной насыпи безэстакадным способом:
1 — первичное обвалование; 2 — намыв-
ной пульпопровод; 3 — «шапка» насыпи,
формируемая экскаватором из резерва грун-
та; 4 — резерв грунта
572
досбросных колодцев и значительно облегчить выполнение об-
валования. Этот метод можно применить при повышенных тре-
бованиях к плотности и равномерности распределения грунта
по фракциям при намыве, кроме продольно-торцевого. Метод
применяют также при намыве слоями 1,5 м, выполняемом попе-
ременно с обоих концов карты по направлению к одному ко-
лодцу в середине. Вода с карт намыва после частичного освет-
ления в пруду-отстойнике через водосбросную систему (коло-
дец, канаву) отводится за пределы сооружения.
Намыв дамб и плотин. По способу возведения земляные пло-
тины делятся следующим образом: намывные, когда все опе-
рации по возведению сооружения выполняются способом гид-
ромеханизации; намывные с насыпным ядром или призмами (яд-
ро или наружные призмы возводятся сухой отсыпкой с после-
дующей укаткой); полунамывные, основная часть которых воз-
водится путем размыва гидромонитором сухого грунта, подво-
зимого в наружные призмы.
Рис. 10.44. Схема безэстакадно-тонкослойного способа намыва:
1 — водосбросный колодец; 2 — прудок-отстойник; 3 — кран-трубоукладчик; 4 — на-
мывной пульпопровод с быстроразъемным соединением; 5 —- бульдозер
573
Рис. 10.45. Схема безэстакадно-торцевого способа намыва:
7 и 2 — первичное и текущее обвалование; 3 — положение намывного пульпопровода;
4 — намывной пульпопровод с быстроразъемным соединением; 5 — бульдозер
По распределению грунта намывные плотины подразделяют-
ся: на однородные, у которых состав грунта не меняется или ма-
ло меняется по всему поперечному профилю, неоднородные с яд-
ром из мелких частиц и неоднородные с экраном, у которых при
намыве на верхнем откосе образуется экран из мелких частиц.
Различают следующие способы намыва плотин:
• эстакадный с рассредоточенным выпуском пульпы, при
котором с одного положения эстакады намывается слой высо-
той до 6 м, после чего трубопроводы перекладываются на эста-
кады следующего яруса;
• безэстакадный с торцевым выпуском пульпы, при кото-
ром с одного положения трубы намывается конус высотой 0,3—
0,5 м, после чего без прекращения намыва наращивают краном
следующую трубу с быстроразъемным соединением и намыва-
ют новый конус и т. д.;
• низкоопорный с сосредоточенным или рассредоточенным
выпуском пульпы, при котором с деревянных опор намывается
слой высотой 1—1,2 м.
574
Рис. 10.46. Схема безэстакадно-встречно-торцевого способа намыва:
/ и 2 — первичное и текущее обвалование; 3 — положение намывного пульпопровода;
4 — кран-трубоукладчик; 5 — водосбросный колодец с трубой; 6 — прудок-отстойник;
7 — бульдозер
Среди технологических схем намыва различают пионерно-
торцевую, двустороннюю, одностороннюю и мозаичную.
Пионерно-торцевая схема намыва применяется для намыва
породы в воду при возведении нижнего яруса. Гидросмесь вы-
пускается из торца пульпопровода, наращиваемого по мере по-
явления из воды намываемой породы. Намыв может осуществ-
ляться безэстакадным и эстакадным способами. Плотность на-
мытой под воду породы в процессе намыва незначительна, од-
нако со временем она становится близкой к средней плотности.
Двусторонняя схема намыва (рис. 10.47) применяется при
возведении плотин выше уровня воды с укладкой распредели-
тельных пульпопроводов вдоль откосов намываемой плотины
параллельно друг другу. В центре сооружения образуется пруд-
отстойник, где осаждаются мелкие частицы, формирующие яд-
ро плотины. Для успешного сброса мелких фракций применя-
ют беспрудковый намыв.
575
Рис. 10.47. Схемы намыва плотин:
а и б — соответственно двусторонняя и односторонняя; в — мозаичная; г — схема на-
мыва под воду; 1 — дамба обвалования; 2 — прудок-отстойник; 3 водосбросный ко-
лодец; 4 — водосбросная труба; 5 — труба с выпусками; 6 — банкет; 7 — обратный
фильтр; 8 — намыв под воду; 9 — надводный намыв; 10 — гребень плотины; 11 — рас-
пределительные лотки; 12 — поворотная концевая труба; 13 — намываемый участок;
14 — лебедка; 15 — плавучий лульпопрорвод; 16 — понтон
г
В зависимости от степени однородности намытой породы
возводимые по двусторонней схеме плотины могут быть с яд-
ром или без ядра. При s < 2 плотина однородная, при s = 2-^3
плотина имеет центральную часть из более мелких фракций,
при 8 > 3 образуется ядро. При намыве неоднородных пород
прудок должен находиться в центральной части сооружения и
может отклоняться в ту или другую сторону на расстояние до
10 % ширины намыва. Формируемое прудком ядро следует за
отклонениями прудка-отстойника, в результате чего образуют-
ся языки и карманы песчаных и глинистых фракций в контакте
ядра с боковыми призмами. Борьбу с этими нежелательными
явлениями ведут регулированием расхода гидросмеси из труб,
уменьшением скорости движения потоков и их рассредоточени-
ем, а также регулированием уровня прудка. Установлено, что
при двустороннем намыве с прудком-отстойником вместе со
576
сбросной водой отмываются частицы крупностью до 0,1 мм.
При беспрудковом двустороннем намыве сброс мелких фрак-
ций будет большим и может достигнуть 16 %.
Односторонняя схема применяется при надводном намыве
плотин, укреплении берега, расширении существующих соору-
жений, подготовке основания. По этой схеме возводятся земля-
ные плотины и дамбы с пологими откосами, когда в основании
залегают обводненные слабые породы, не поддающиеся удале-
нию землеройными машинами. Намыв по односторонней схеме
может осуществляться эстакадным, безэстакадным и низкоопор-
ным способами с укладкой пульпопровода вдоль низового отко-
са плотины. Гидросмесь свободно растекается в сторону верх-
него бьефа. Выпадение твердых частиц происходит постепенно,
что приводит к образованию относительно пологого верхнего
откоса. При необходимости увеличения откоса в верхнем бьефе
устраивают заградительные дамбы для образования прудка-от-
стойника. Низовой откос плотины формируется и профилиру-
ется путем отсыпки попутного обвалования. К достоинствам
этой схемы по сравнению с двусторонней схемой намыва отно-
сятся: уменьшение необходимого количества труб для пульпо-
проводов, отсутствие водосбросных устройств и уменьшение
объема работ по обвалованию.
Мозаичная схема намыва применяется для возведения одно-
родных сооружений из неоднородных пород. Намыв при этой
схеме ведется с применением любого из описанных выше спосо-
бов выпуска пульпы без прудка-отстойника. Выпуск пульпы из
распределительных пульпопроводов необходимо осуществлять
в такой последовательности, чтобы места выпуска пульпы поя-
русно смещались друг относительно друга. При таком способе
выпуска распределения фракций по крупности в поперечном се-
чении сооружения не будет. Намытая таким способом плотина
будет сравнительно однородной. Наиболее просто мозаичная схе-
ма осуществляется при безэстакадном способе намыва. Коэф-
фициент относительной плотности намытой породы составляет
0,5—0,6.
Перекрытие русел рек при намыве плотин может осуществ-
ляться банкетным и намывным (безбанкетным) способами.
Банкетный способ применяют на реках с большим расхо-
дом и значительными перепадами воды. Создание банкета по-
зволяет снизить или совсем перекрыть расход воды в русле и
577
тем самым предотвратить унос водой намываемой породы пло-
тины. Перекрытие включает два этапа: предварительное стес-
нение русла и закрытие прорана. Банкет возводится фронталь-
ным, пионерным и комбинированным способами. Фронталь-
ный способ основан на принципе равномерной подачи камня в
поток по всему фронту перекрытия. Этот способ применяют
для перекрытия больших рек с размываемым дном и осуществ-
ляют обычно с наплавных или стационарных устройств. Ка-
менный материал также можно отсыпать с плавучих барж.
Намывной (безбанкетный) способ возведения плотин заклю-
чается в намыве в текущую воду перемычки из той же породы,
из которой возводится русловая плотина. Основой безбанкет-
ного намыва является непрерывное насыщение потока поро-
дой. В этом случае основной объем породы перемещается в сто-
рону нижнего бьефа, придавая перемычке пологий вытянутый
профиль, что приводит к созданию дополнительного подпора.
Скорость потока над намываемой перемычкой постепенно
уменьшается, а намыв по высоте увеличивается. Степень насы-
щения потока породой зависит от приемов подачи породы в
намываемую перемычку. Торцевой намыв применяют для стес-
нения русел при перекрытии. При этом наиболее эффективен
безэстакадный способ намыва. Рассредоточенный намыв приме-
няется в основном при закрытии прорана и осуществляется по
всей ширине перемычки с эстакад. При использовании несколь-
ких землесосных установок рассредоточенный намыв ведется из
торца плавучих пульпопроводов, равномерно распределенных
в проране. При намыве под воду достигается более эффективное
осаждение породы и уменьшается вынос частиц потоком воды
за пределы намываемого сооружения. В этом случае намыв ве-
дется с концевого понтона, оборудованного подъемным устрой-
ством для опускания и подъема торца пульпопровода. При этой
схеме намыва резко сокращается величина участка насыщения,
которая зависит от расхода гидросмеси и потока реки на участ-
ке насыщения. Намыв породы под воду против течения приме-
няется при перекрытии рек с помощью средних и крупных зем-
снарядов, обеспечивающих скорость движения гидросмеси 7—
8 м/с. Выпущенная против течения гидросмесь частично гасит
энергию потока и создает зону затухания, что уменьшает вынос
намываемой породы и увеличивает интенсивность намыва пе-
ремычки.
578
Намыв территорий. Намыв территорий (площадей) произ-
водится для промышленного и гражданского строительства. На-
мыв территорий ведут отдельными картами, число и располо-
жение которых определяются в проекте производства работ с
учетом размера намываемой территории, сроков производства
работ, интенсивности намыва и очередности освоения намытой
территории под застройку.
При производстве работ следует учитывать местоположе-
ние зданий и сооружений с большим удельным давлением и
применять соответствующую технологию намыва на этих уча-
стках (под проектированными зданиями и сооружениями нель-
зя располагать водосбросные колодцы, границы смежных карт
намыва и т. д.).
Для намыва территорий портов и аэродромов пригодны
пески всех видов, супеси и песчано-гравийные грунты. Пылева-
тые грунты можно использовать лишь при укладке на участках,
где будут расположены сооружения, не относящиеся к ответст-
венным. При намыве следует обеспечивать однородность рас-
кладки грунта по гранулометрическому составу и равномер-
ность распределения мелких частиц без отстойных зон.
Для намыва территории применяют безэстакадный послой-
но-грунтоопорный, продольно-торцевой (бескольцевой), много-
пульпопроводный и кольцевой способы намыва.
Безэстакадный намыв осуществляют слоями высотой до 1 м
и применяют для крупно-, средне- и мелкозернистых песков.
При содержании в карьерном песчаном грунте до 20 % пылева-
тых и глинистых фракций размером менее 0,05 мм стабилиза-
ция намытого грунта до среднеплотного сложения происходит
в течение 2—3 мес.
При содержании в карьерном грунте свыше 20 % фракции
менее 0,05 мм (в том числе глинистых не более 3—5 %) приме-
няют также низкоопорный и продольно-торцевой способы на-
мыва.
Для намыва территорий обычно применяют многопульпо-
проводный торцевой способ с использованием нескольких па-
раллельно расположенных намывных пульпопроводов. Рассто-
яние между ними зависит от гранулометрического состава грун-
та: чем крупнее фракции песка (гравия), тем меньше расстоя-
ние, и наоборот. Намыв из крайних пульпопроводов, располо-
женных по периметру площадки, создает опережающее обвало-
579
вание. Намыв ведут с запасом грунта, достаточным для плани-
ровки поверхности территории под проектную отметку. После
планировки намытой территории средняя высота перемыва не
должна превышать 0,1 м. Недомыв грунта не допускается.
Намыв территории из связных грунтов и шламохранилищ
выполняют также кольцевым способом. Пульпу выпускают из
шиберных отверстий пульпопровода, уложенного по перимет-
ру сооружения.
Плотность намытого грунта зависит от гранулометриче-
ского состава грунта, его неоднородности, технологии намыва,
консистенции пульпы. При растекании пульпы ее плотность по-
нижается вдоль пляжа по направлению от места выпуска пуль-
пы, где откладываются крупные фракции грунта, к прудку-от-
стойнику. При большой консистенции пульпы плотность умень-
шается, при малой — увеличивается (до определенного преде-
ла). Наибольшая плотность укладки грунта достигается при кон-
систенции пульпы в пределах 8—12 %. Плотность намытого грун-
та повышается также с увеличением его крупности при одном и
том же коэффициенте неоднородности. Наиболее интенсивный
процесс уплотнения в пляжевой части происходит в течение су-
ток после намыва. Процесс повышения плотности связан с уда-
лением избыточной воды.
Намываемый слой грунта воспринимает нагрузку последую-
щих слоев после удаления избыточной воды (обезвоживания) и
достижения плотности 1,48—1,6 т/ м3. Дренирующие грунты (гра-
вий, крупный песок) приобретают достаточную плотность в про-
цессе намыва, тонкозернистые пески, супеси — через 1—39 сут
(табл. 10.36).
Таблица 10.36
Время консолидации намытого супесчаного грунта сооружений, сут
Высота слоя намыва грун- та, м Температура воздуха, °C
10 20 30 40
0,1 27 4,5 1,5 1,0
0,2 27 5,8 2,3 1,9
0,3 27 6,8 3,3 2,2
0,4 32 7,4 4,2 2,4
0,5 39 8,5 5,4 3,3
580
Применяют намыв грунта для подготовки основания для
сооружения без снятия слабых грунтов. При послойном намыве
сосредоточенный поток пульпы со скоростью около 5м/с раз-
мывают слабый грунт на значительную глубину с образовани-
ем воронок, которые заполняются грунтом. Размеры воронок
зависят от свойств слабого грунта, скорости и расхода пульпы.
Намывом второго слоя достигается необходимая плотность и
несущая способность.
Запас по высоте на уплотнение грунта принимают в разме-
ре 1,5 % высоты сооружения при намыве из супесчаных и суг-
линистых грунтов и 0,75 % при намыве из песчаных и песчано-
гравийных грунтов. Запас на унос грунта ветром принимают в
пределах 0,5—2 % объема сооружения в зависимости от его ви-
да профиля и района производства работ.
При намыве площадок высотой 2—3 м для аэродромов и дру-
гих сооружений в болотистой местности со слаборазложивши-
мя торфом мощностью 2—3 м выторфовывание не производят.
Намыв ведут на торфяное основание по этапам. Первоначаль-
но намывают грунт из торцов пульпопровода на высоту 1,5—2 м.
Затем экскаватором отрывают траншею для повышения устой-
чивости насыпи на болоте, устраивают обвалование и намыва-
ют верхний ярус с замывом траншеи.
10.7.4. Намыв насыпей на болотах и слабых основаниях
Намыв насыпей автомобильных и железнодорожных до-
рог, площадок под строительство, плотин и дамб на затопляе-
мых и заболоченных землях ведут по индивидуальным проек-
там, учитывающим класс ответственности намываемого соору-
жения, деформационные свойства минеральных грунтов, сла-
гающих основание намыва, физико-механические свойства на-
мываемых грунтов, рельеф местности.
Для разработки проектов строительства и выбора наиболее
эффективных технологий намыва необходимо знать геоморфо-
логию заболоченных образований.
Так, пойменные болотные массивы, покрывающие широ-
кие поймы рек, характеризуются стоком воды по всему фронту
дренирования их рекой. В большинстве случаев пойменные бо-
лота имеют слабо наклонную поверхность в сторону реки. При-
мерами таких болот могут служить пойменные болотные мас-
581
сивы крупных рек Западной Сибири — Оби в среднем и ниж-
нем течении и ее притоков.
Притеррасные болотные массивы отличаются от поймен-
ных более высоким залеганием по отношению к уровню воды в
реке. Поэтому они не подвергаются периодическим затоплени-
ям речными водами весеннего половодья или дождевых павод-
ков. При наличии широких и плоских террас эти болота имеют
плакорное (плоское) залегание, в других случаях притеррасные
болотные массивы залегают на склонах террас, во впадинах
или притеррасных понижениях (рис. 10.48).
Болота котловинного залегания могут располагаться либо
в полностью замкнутых и бессточных котловинах, либо в по-
нижениях проточного характера. В замкнутых котловинах сток
воды к болотному массиву происходит по склонам котловины,
окружающих болото. Иногда из котловины имеется выход по
одному или нескольким ручьям-водоприемникам.
Болотные массивы котловинного залегания являются од-
ними из наиболее распространенных.
Площадь болотных массивов староречий невелика. Они мо-
гут быть представлены двумя основными типами: пойменными
и притеррасными плакорного залегания.
Рис. 10.48. Схема расположения болотных массивов в рельефе местности:
а — водораздельное болото плакорного залегания; б — водораздельно-склоновое бо-
лото; в — пойменный болотный массив; г — притеррасное болото плакорного залега-
ния; д — притеррасно-склоновое болото; 1 — аллювиальные отложения первой терра-
сы; 2 — аллювиальные отложения второй террасы; 3 — постплиоценовые аллювиаль-
ные отложения; 4 — торф; 5 — сапропель
582
Последние хорошо выражены на равнинных реках Запад-
ной Сибири, где отдельные террасы достигают ширины до не-
скольких километров и занимают большие площади.
К основным физико-механическим свойствам грунтов, сла-
гающих основание болот, которые учитываются при проекти-
ровании намывных работ, относятся: минеральный состав этих
грунтов; гранулометрическая крупность и водные свойства (влаж-
ность, влагоемкость, водоотдача и водопроницаемость).
По минеральному составу к этим грунтам относятся: глина;
суглинок; супесь; мергель чистый и сапропель (известковистый).
Абсолютная влажность минеральных грунтов находится в
пределах: супесей — от 18 до 25 %, суглинков — 25—45 %, глин
— 45—100 %, мергелей —до 165 % и сапропелей —до 305 %.
Водоотдача торфяных отложений очень мала—до 1—1 %, не-
смотря на значительную влагоемкость — они активно впиты-
вают, но с трудом отдают поглощенную воду.
Различают древесно-осоковую, древесно-тростниковую, осоко-
вую, гипновую низинную, медиум-залежь, сосново-пушицевую,
топяную низинную и комплексную торфяные отложения (за-
лежи), имеющие, как правило, в естественном виде степень раз-
ложения от 15 до 60 % (в среднем 25—35 %) и относительную
влажность 84—96 %.
Под воздействием внешних статических и динамических на-
грузок (дамб, насыпей, работающих на поверхности землерой-
ных машин) происходит уплотнение и осадка торфяного слоя.
Осадка — это вертикальное перемещение слоев торфяного от-
ложения под влиянием сжимающих усилий от внешних нагру-
зок, капиллярного давления и собственного веса отложения. Сжи-
мающие усилия вызывают уменьшение пористости залежи за
счет удаления из пор воды и воздуха и более плотной укладки
твердых частиц скелета торфа.
При проектировании намывных работ необходимо учиты-
вать следующие свойства торфяных отложений:
• намыв земляных сооружений на ранее осушенное болото
может привести к большей величине осадки насыпи, чем на не-
осушенное болото такого же типа;
• степень разложения торфа существенно влияет на вели-
чину осадки. Торф с меньшей степенью разложения дает боль-
шую осадку, и наоборот;
583
• величина осадки зависит от мощности торфяного отложе-
ния, чем больше мощность залежи, тем больше возможная осадка;
• на величину осадки может повлиять тип торфяной зале-
жи и ботанический состав торфа.
Залежи верхового типа, имеющие большую обводненность,
при прочих равных условиях дают большую осадку, чем залежи
низинного типа. На основании практических данных величину
осадки торфяных залежей низинного типа, подстилающихся ус-
тойчивыми минеральными грунтами, приближенно принимают
15—25 % их глубины. Величина осадки залежей верхового типа
находится в пределах 25—80 % их глубины в зависимости от
степени разложения, влажности и мощности торфяной залежи.
В сложных, трудноучитываемых условиях протекает осадка
залежей низинного типа, подстилаемых озерно-болотными от-
ложениями: илом, сапропелем, мергелями и другими неустойчи-
выми грунтами.
Наибольшую осадку дают торфы моховой группы с наиболь-
шей степенью разложения — от 5 до 30 %. Наименьшую осадку —
торфы древесной группы с наибольшей степенью разложения до
70—80 %.
Промежуточное положение занимают торфы травяной груп-
пы, средняя степень разложения которых 35—40 %.
В проектах норму осадки насыпей на болотах закладывают
согласно СНиП 449—72, п. 7 (табл. 10.37) или рассчитывают по
известному методу, разработчиками которого являются В.Н.
Заяц и П.Л. Дрозд.
Таблица 10.37
Осадка насыпей на болотах
Высота насыпи Осадка насыпи, % мощности обжимаемого слоя торфа, м
до 2 от 2 до 4
3 м и менее (при частичном вы- торфовывании) 30 25
От 3 до 4 м (на естественном ос- новании) 60 50
Фактическую величину осадки намываемого сооружения на
болотах и слабых основаниях определяют путем бурения кон-
трольных скважин в теле насыпи или геодезическим методом,
путем предварительной (до начала намыва) установки на на-
584
мываемое основание марок, оснащенных вешками на жестко-
закрепленных мачтах.
По строительной классификации различают три типа бо-
лот: I — болота, заполненные торфом и другими болотными
отложениями устойчивой консистенции, сжимающимися под
воздействием насыпи высотой до 3 м, но не выдавливающими-
ся; П — болота, заполненные торфом и иными болотными от-
ложениями разной консистенции, в том числе выдавливающи-
мися под воздействием насыпи высотой до 3 м; III — болота,
заполненные илом и водой, в том числе покрытые торфяной
коркой (сплавиной).
Насыпи дорог на болотах намывают на основание, подго-
товленное в соответствии с требованиями СНиП Ш-8—76 и
СНиП 449—72.
Согласно этим нормам, при возведении насыпей (преиму-
щественно из дренирующих грунтов) для железных дорог высо-
той до 3 м на болотах I типа применяют полное (при глубине
болота до 2 м) или частичное (более 2 м) выторфовывание с
устройством продольных прорезей у подошвы откосов насыпи
(рис. 10.49).
Рис. 10.49. Схема намыва насыпи на болоте с выторфовыванием:
1 — намывной пульпопровод; 2 — текущее обвалование; 3 — бульдозер
585
Насыпи высотой более 3 м и глубиной болот менее 4 м со-
оружают с частичным выторфовыванием.
На болотах II типа, независимо от высоты насыпей, про-
изводят полное выторфовывание с посадкой насыпи на мине-
ральное дно болота.
На болотах III типа насыпи намывают без выторфовыва-
ния (рис. 10.50) с предварительным удалением торфяной корки
или без ее удаления. В последнем случае высота насыпи долж-
на быть не менее 3 м над ее поверхностью.
При сооружении насыпей автомобильных дорог полное вы-
торфовывание ведут на болотах I и П типов глубиной до 4 м
при капитальном покрытии и до 2 м при облегченном покры-
тии, частичное выторфовывание — на дорогах с переходными
и низшими типами покрытий. На болотах III типа глубиной до
4 м для дорог с любым типом покрытия насыпи намывают без
выторфовывания —- сажают на минеральное дно.
Выторфовывание и прорези в торфе обычно выполняют экс-
каватором зимой.
Рис. 10.50. Схема намыва насыпи на болоте без выторфовывания:
1 и 2 — положения намывного пульпопровода; 3 — прорези, выполненные экскавато-
ром в торфе; 4 — бульдозер
586
Насыпи дорог намывают преимущественно безэстакадным
способом по продольной схеме и сосредоточенным способом
выпуска гидросмеси.
К торфяному основанию под плотины предъявляются тре-
бования меньшей водопроницаемости, достаточной сопротив-
ляемости давлению от внешней нагрузки и равномерности
осадки от симметричных частей сооружения. Этим требовани-
ям удовлетворяют торфяные залежи, однородные по ботаниче-
скому составу и степени разложения, залегающие на твердом
минеральном дне. Основания с различным ботаническим со-
ставом и различной степенью разложения менее устойчивы, ха-
рактеризуются неравномерностью осадки и явлениями боково-
го выпирания. Малоустойчивыми являются торфяные основа-
ния, подстилаемые сапропелями, и совершенно непригодны для
основания плотин торфяные залежи с прослоями разжиженных
грунтов.
В соответствии с положениями механики грунтов, сущест-
вующими классификациями торфяных залежей и опытом стро-
ительства на торфяных грунтах выделяются следующие три груп-
пы торфяных оснований для плотин:
1-я группа — торф устойчивой консистенции. Зона уплотне-
ния, линейные деформации сжатия. Степень разложения торфа
40—60 % и относительная влажность 83—84 %. Основанием
плотины может служить торф;
2-я группа — торф неустойчивой консистенции. Зона сдви-
гов и выдавливания торфа. Степень разложения более 60 %,
влажность 83—84 %. Основание плотины — минеральное дно
или торф в условиях равновесия предельного состояния;
3-я группа — сплавина. Вода и разжиженный торф, влажность
100 %. Основание плотины — только минеральное дно.
Перед началом строительства плотины производят подго-
товку основания. Подготовительные работы заключаются в уда-
лении верхнего слоя торфяной залежи и проведении мероприя-
тий по ее уплотнению.
Верхний слой торфяной залежи состоит из малоразложив-
шегося торфа с включениями пней и корней различной древес-
ной растительности. Разветвленная корневая система образует
в залежи многочисленные разуплотнения, по которым возмож-
на усиленная фильтрация воды. Поэтому на торфяных залежах
587
верхового типа должен удаляться верхний слой торфа толщи-
ной до 1 м, на залежах низинного типа — до 0,5 м.
Безусловному удалению из основания плотины подлежат чер-
нозем, неразложившийся торф, мергели, сапропели и плывуны.
Эти грунты выжимаются под нагрузкой и не обеспечивают ус-
тойчивости сооружения.
Мероприятиями по уплотнению залежи служат осушение и
пригрузка торфяного основания песком. Пределы осушения —
83—84 %, уплотнения до плотности скелета — 1600 кг/м3. Кро-
ме осушения и пригрузки, в практике гидротехнического
строительства используют способ уплотнения и укрепления
торфяных залежей сваями из песка, глины и других грунтовых
материалов.
При слабых грунтах основания плотины возводят распла-
станного профиля. В тех случаях, когда можно удалить залега-
ющие в основании слабые поверхностные илистые старичные
или заторфованные грунты, а также торф, возводят сооружение
обжатого профиля.
При подводном намыве возможно отжатие илистых нано-
сов, находящихся на дне замываемой акватории. Отжим нано-
сов возможен тогда, когда они находятся в рыхлом состоянии.
Отжим иловых отложений происходит под действием силы тя-
жести намытого на ил грунта.
Заболоченные и подтапливаемые земли широко распростра-
нены в ряде районов России: Нечерноземье, Западной Сибири,
Севере Европейской части и др. При намыве на них земляных
сооружений применяют различные инженерные решения. Наи-
более распространенным решением является удаление слабого
грунта за пределы сооружения с последующей отсыпкой в его
основание песка, гравия или песчано-гравийного материала, вы-
сота слоя которого должна превышать на 1—2 м уровень воз-
можного подтопления. Широко также применяется намывной
способ без удаления или с частичным удалением слабых грунтов.
Для намыва широких площадей применяют технологиче-
скую схему с устройством дренажных прорезей (рис. 10.51).
Дренажные прорези в торфяниках устраивают экскаваторами.
Разработанный торфяной грунт укладывают в виде валиков на
площадки между соседними канавами. Прорези устраивают с
уклоном в направлении к водоприемнику. Оптимальная тол-
щина слоя намываемого грунта 2—5 м. Грунт в прорези омы-
588
вают при последовательном перекрытии выпусков пульпопро-
вода. По окончании намывных работ выступающую часть ва-
ликов над поверхностью намыва разравнивают бульдозером.
При такой технологии намыва площадей обеспечиваются рав-
номерное заполнение грунтом дренажных прорезей, подъем тер-
ритории до незатапливаемых отметок, а также сохраняется
значительная часть плодородного почвенного покрова.
В некоторых случаях территорию, отведенную под намыв
площади, делят на отдельные карты и в зависимости от круп-
ности частиц грунта замывают путем торцевой или рассредо-
точенной подачи пульпы. Образующаяся при этом неровная по-
верхность планируется бульдозером.
Как показывает опыт намыва площадей, при мощности за-
болоченных грунтов до 6 м и толщине слоя намытого грунта
около 5 м основная часть деформаций намытой поверхности
заканчивается через полгода после окончания намыва.
При устройстве основания на заболоченной территории
иногда применяют выторфовывание грунта отдельными участ-
ками. В других случаях для возведения основания сооружения
применяют схему послойного намыва.
На первом этапе грунт намывают на естественное основа-
ние из слабого грунта сосредоточенным способом выпуска ги-
дросмеси. Для намыва используют пески крупные и средней круп-
ности. В процессе намыва торец пульповыпускной трубы пе-
риодически перемеща-
ют по слою ранее на-
мытого грунта, напри-
мер бульдозером-тру-
боукладчиком. Сосре-
доточенный поток гид-
росмеси, вытекающий
из трубы со скоростью
Рис. 10.51. Схема намыва
площадки на слабое осно-
вание с устройством дре-
нажных прорезей:
1 — дренажные прорези; 2 —
валики снятого плодородного
слоя; 3 — водоприемник (тран-
шея); 4 — пульпопровод; 5 —
выпуски гидросмеси
589
3—5 м/с, размывает слабый грунт на значительную глубину и об-
разует в нем воронки и каверны, которые постепенно замыва-
ются песком.
Намытый на первом этапе слой песчаного грунта позволяет
устраивать обвалование карт намыва, производить перекладку
и наращивание пульпопроводов — по этому слою (1,0—1,5 м)
может передвигаться землеройная техника для рытья котлова-
нов или прорезей в слабом грунте.
Наиболее интенсивно слабый грунт уплотняется на втором
этапе намыва основания, при этом толщину слоя намытого грун-
та определяют в проекте расчетом на устойчивость.
В то же время, как показал опыт производства работ, на-
мывной способ возведения основания без удаления слабых грун-
тов в некоторых случаях является экономически эффективным
и технически обоснованным решением.
При устройстве основания на слабом грунте способом на-
мыва сокращаются сроки строительства, упрощается технология
и уменьшается стоимость возведения оснований, так как не тре-
буется осушения заболоченных земель, исключается устройство
еланей и пионерных насыпей для проезда землеройной техники.
10.8, Намыв сооружений с использованием
самоходных сгустителей-грунтоукладчиков
Традиционная технология прокладки полотна дорог методом
отсыпки грунта автотранспортом из карьеров или предвари-
тельно намытых земснарядами штабелей требует больших за-
трат труда и времени на автотранспорт, планировку, уплотнение
грунта и имеет низкую экологичность из-за нарушения ландшаф-
та местности при разработке карьеров и выбросов в атмосферу
токсичных веществ от работы дорожной техники (рис. 10.52, а).
В последние годы было доказано, что гидромеханизиро-
ванный способ производства работ по намыву полотна дорог,
площадок и подходов к мостам является менее трудоемким и
экономически выгодным, так как сочетает в себе непрерыв-
ность технологического цикла, высокую производительность и
комплексную механизацию строительных работ (рис. 10.52, 0.
Особенно эффективно используется этот способ в Западной
Сибири для обустройства нефтегазовых месторождений при
прокладке автомобильных и железных дорог, намыва площадок
590
под буровые скважины и промышленные объекты. Этому спо-
собствовало отсутствие хороших сухих карьеров грунта и нали-
чие озер, рек и водоемов, создающих возможность изыскания
придорожных обводненных карьеров для работы земснарядов.
Гидромеханизированный способ предусматривает намыв
грунта в полотно дороги со свободным растеканием гидросме-
си. Боковой откос полотна составляет, как правило, 1:25—1: 35
из-за мелких песков и низкой концентрации гидросмеси, пода-
ваемой обычным земснарядом с трюмным расположением на-
соса. Применение бульдозеров и других технических приемов
для обвалования и создания «узкого» профиля полотна во мно-
гих случаях затруднено из-за болотистой местности или подто-
пления территории.
Рис. 10.52. Традиционные технологии строительства площадок и подъездных дорог:
а — отсыпка грунта автосамосвалами из накопителей (предварительный намыв и самообез-
воживание) или из карьеров; б — прямой намыв грунта (необезвоженного) средствами гид-
ромеханизации; J —земснаряд; 2 — плавучий пульпопровод; 3 — наземный пульпопровод;
< 5 и 6—транспортная, грузоподъемная и планировочная техника; 7—погрузочная техни-
ка; 8—склад грунта; 9—отсыпаемая площадка; 10—перекачивающая насосная станция
591
Недостатками существующей технологии являются неоп-
равданное расширение земляного полотна и потери грунта. Так
как при высоте насыпи до 3 м ее ширина (по низу) достигает
150—200 м, что превышает ширину и объем конструктивно не-
обходимого профиля насыпи. Введение платы за землю, отчуж-
даемую под полотна дорог и карьеры грунта, а также за ис-
пользование водных ресурсов приводит к удорожанию строи-
тельства.
Новые экономические условия и ужесточающиеся экологи-
ческие требования выдвигают задачу по координальному со-
вершенствованию существующей технологии работ средствами
гидромеханизации.
Изучение ситуации показало, что технологические трудно-
сти обусловлены низкой консистенцией гидросмеси, подавае-
мой в зону укладки, из-за ограниченной всасывающей способ-
ности грунтовых насосов земснарядов. С увеличением конси-
стенции, как известно, повышается крутизна откосов.
Из возможных решений были приняты два направления —
использование земснарядов с погружными грунтовыми насоса-
ми, которые обеспечивают повышение консистенции гидросме-
си в 2—3 раза, и использование сгустителей гидросмеси для ук-
ладки грунта в сооружение.
Использование земснарядов с погружным грунтовым насо-
сом для намыва полотна дорог позволяет сократить расход во-
ды на гидротранспортирование, уменьшить площадь разраба-
тываемых карьеров и увеличить крутизну бокового откоса по-
лотна дороги до 1:15 — 1:18 (при свободном растекании гид-
росмеси). Первое направление лишь частично решает задачу.
Второе направление потребовало создания нового оборудо-
вания — сгустителей. Анализ достоинств и недостатков различных
типов сгустителей показал, что наиболее приемлемыми для рас-
сматриваемых условий являются сгустители центробежного типа.
На основе сгустителей созданы конструкции самоходных
грунтоукладчиков вертикального и горизонтального типов к зем-
снарядам производительностью 2000 и 500—800 м3/ч.
Конструктивно грунтоукладчик представляет собой сгусти-
тель гидроциклонного типа, установленный на самоходном шас-
си экскаватора или бульдозера. Грунтоукладчик имеет пово-
ротную распределительную трубу длиной 10—18 м для выпуска
592
сгущенной гидросмеси, трубопровод сброса отработанной во-
ды и ряд других механизмов с гидроприводами, работающими
от гидравлической системы экскаватора (бульдозера). Распре-
делительная труба поворачивается в горизонтальной плоскости,
что обеспечивает раскладку сгущенной гидросмеси по ширине
намываемого профиля полотна, а наличие нескольких выпус-
ков по ее длине обеспечивает возможность формировать полот-
но по фронту намыва длиной до 20 м с одной стоянки грунто-
укладчика. Технические характеристики грунтоукладчиков при-
ведены в табл. 10.38. Грунтоукладчики работают от грунтового
насоса земснаряда в непрерывном напорном режиме. Управле-
ние механизмами сгустителя осуществляется из кабины экскава-
тора (бульдозера).
С использованием грунтоукладчиков созданы гидромеха-
низированные комплексы для намыва полотна дорог, площа-
док и складов песка, включающие в себя (рис. 10.53):
• добывающий землесосный снаряд;
• плавучий и береговой трубопроводы;
• самоходный сгуститель-грунтоукладчик;
• трубопровод возврата отработанной воды;
• перекачивающую станцию (при дальности более 3 км);
• бульдозеры и трубоукладчики.
Таблица 10.38
Техническая характеристика самоходных сгустителей-грунтоукладчиков
Показатели Тип сгустителя
СГУ-2000-В (вертикальный) СГУ-800 (вертикальный) СГУ-2000-Г (горизонтальный)
Производительность по гид- росмеси, м3/ч 2000 500 — 800 2000
База ходовой части сгусти- Экскаватор Трактор Трактор
теля МТБ-71 Б Т-130Б Т-130, Т-180
Консистенция исходной гид- росмеси, % IQ—20 10—30 10—20
Консистенция сгущенной гид- росмеси по объему, % 65-—85 60—85 50—80
Граничная крупность разде- ления, мм 0,04—0,06 0,04—0,06 0,05—0,08
Наибольший размер негаба- ритных включений, мм 100 50 100
593
Окончание табл. 10.38
Показатели Тип сгустителя
СГУ-2000-В (вертикальный) СГУ-800 (вертикальный) СГУ-2000-Г (горизонтальный)
Диаметр распределительного трубопровода, мм Длина распределительного тру- бопровода, м Высота распределительного трубопровода от уровня зем- ли, м Угол поворота распределитель- ного трубопровода, градус Число выпусков на распреде- лительном трубопроводе 200 5—18 2,0 До 90 4 150 10—12 1,8 До 80 1 200 6—18 1,5 До 120 3
Примечание. Под консистенцией гидросмеси принято процентное отношение
объема грунта в естественном сложении к объему гидросмеси.
Рис. 10.53. Новая технология намыва объектов (а) с использованием пере-
движного сгустителя-грунтоукладчика (б):
1 — земснаряд; 2 и 3 — плавучий и наземный пульпопроводы соответственно; 4 — пе-
редвижной сгуститель-грунтоукладчик; 5 — перекачивающая насосная станция
594
Рис. 10.53. Продолжение
Землесосный снаряд, разрабатывая грунт в карьере, транс-
портирует исходную гидросмесь по плавучему и магистрально-
му трубопроводам в зону намыва сооружения. На конце назем-
ного трубопровода подключен грунтоукладчик, который сгуща-
ет смесь до необходимой консистенции (вплоть до 90 %) и подает
ее по поворотной распределительной трубе в зону укладки. При
такой консистенции сгущенная смесь укладывается в полотно до-
роги с откосом 1:5 — 1: 10, а при обваловании бульдозером ук-
лон откоса составляет 1:2 — 1:3, что обеспечивает формирова-
ние узкопрофильного сооружения. Около 80—90 % отработан-
ной воды из сгустителя может быть возвращено по обратному
трубопроводу, который прокладывается рядом с основным, ли-
бо по водоотводной канаве, т. е. легко организуется оборотное
водоснабжение карьера, при котором значительно снижается ве-
роятность заболачивания прилегающей территории.
После намыва очередного участка длиной 15—20 м грунто-
укладчик переезжает на новую позицию за счет гибкого рези-
нового трубопровода или с помощью наращивания трубопро-
водов стандартными секциями труб и продолжает намывать оче-
редной участок полотна.
Гидромеханизированным комплексом по новой технологии в 1994—1995 гг.
было намыто полотно автодорог и кустовые площадки на Лянторском и Ка-
нитлорском месторождениях нефти. В комплексе использовался земснаряд
«Сургут-1» с погружным насосным моноблоком производительностью 500 м3/ч
и напором 0,55 МПа и сгуститель-грунтоукладчик СГУ-800. Производитель-
ность комплекса составила 125 м3 / ч по песку, а уклон откоса без применения
обвалования— 1:8. При работе без грунтоукладчика уклон откоса составлял
1:25. Работа гидрокомплекса была осуществлена на полном оборотном водо-
снабжении карьера по трубопроводу, проложенному рядом с основным. Это
полностью исключило обводнение и заболачиваемость прилегающей к по-
лотну дороги территории.
Новая технология была применена при строительстве автодороги и на-
мыве кустовой площадки под буровую установку на Покомасовском место-
рождении. В работе использовался гидрокомплекс, состоящий из земснаряда
типа 180-60 производительностью 2000 м3/ч, и грунтоукладчик СГУ-2000-В
(см. рис. 10.53, 6). Всего намыто 63 тыс. м3 песка, из них 38 тыс. м3 в полотно
автодороги и 25 тыс. м3 в кустовую площадку. Ширина профиля полотна по-
596
верху составила 10 м при высоте насыпи 3,3—3,9 м. Уклон откоса при форми-
ровании обвалования бульдозером составил 1:3.
В сезон 1998 г. выполнены работы по намыву участка полотна автодоро-
ги на левобережном подходе к мосту через р. Обь в г. Сургут. Намыв выпол-
нен двумя гидромеханизированными комплексами. С одной стороны участок
намывался снарядом типа 180-60 с грунтоукладчиком СГУ-2000, с другой —
земснарядом типа 8П с погружным моноблоком производительностью 800 м3 / ч и
грунтоукладчиком СГУ-800.
Для земснаряда типа 180-60 при подаче 2000 м3/ч исходной
гидросмеси с консистенцией 15 % расход «свободной» воды, по-
ступающей в зону намыва при традиционной технологии, со-
ставляет 1700 м3/ч. При работе грунтоукладчика расход воды,
поступающей с грунтом в зону укладки, составляет:
• при консистенции сгущенной смеси 65 %— 161 м3/ч;
• при консистенции сгущенной смеси 85 % — 53 м3/ч.
Таким образом, расход воды уменьшается соответственно в
10,5 и 32 раза. Это и определяет технологические преимущества
новой технологии намыва и процесса формирования профиля
сооружения.
Намыв грунта по новой технологии обеспечивает улучше-
ние качества песка, укладываемого в сооружение. Это достига-
ется за счет организованного отмыва в сгустителе грунтоук-
ладчика органических включений (торфа), илистых, глинистых
и мелких частиц менее 0,05 мм и их отвода с отработанной во-
дой за пределы зоны намыва. При намыве традиционным спо-
собом также происходит отмыв указанных примесей, но этот
процесс носит неуправляемый характер. Кроме этого, при на-
мыве грунтоукладчиком полностью исключается сегрегация
(раскладка по фракциям) песка, что в совокупности с его улуч-
шенным качеством обеспечивает формирование полотна с од-
нородными свойствами по всей его толще и повышает фильт-
рационную способность насыпи.
Таким образом, новая технология намыва дорог и других
сооружений гидромеханизированными комплексами с исполь-
зованием грунтоукладчиков, проверенная в производственных
условиях, позволяет по сравнению с традиционными способа-
ми решать следующие задачи:
• осуществить намыв сооружений заданного профиля;
597
• уменьшить в 2—3 раза объем грунта, укладываемого в
сооружение;
« осуществить возврат до 80—90 % отработанной воды в
карьер;
• сократить площади отчуждаемых под полотно дорог зе-
мель и территорию разрабатываемых карьеров;
• повысить качество намываемых сооружений;
• уменьшить обводненность сооружений в процессе намыва;
• сократить использование бульдозеров для формирования
обвалования.
Снижение расхода укладываемого в сооружение грунта при-
водит к сокращению чистого времени работы земснаряда, со-
ответственно уменьшаются энергозатраты, износ грунтового на-
соса и механизмов. Возможность организации оборотного во-
доснабжения, снижение заболачивания прилегающих террито-
рий делают новую технологию не только эффективной, но и
экологически более чистой, отвечающей требованиям приро-
доохранных органов. Расчеты показали, что новая технология
снижает затраты производства в 2,0—2,5 раза при сокращении
сроков строительства в 1,5—2,0 раза.
10.9. Технология добычи озерной соли
10.9.1. Историческая справка Баскунчакского солепромысла
С древнейших времен человек не мог жить без соли. Руши-
лись и возникали города, исчезали и возрождались государства
и цивилизации, но всегда и везде непременным атрибутом че-
ловеческого бытия была солонка с горсткой серебристой соли.
Случалось так, что соль становилась дороже золота, эквива-
лентом денег. «Соляные бунты» были нередкостны в истории
многих народов. И сегодня соль остается для всех живущих на
Земле важнейшим минералом, по значимости с которым может
сравниться только вода.
Почти полтора столетия на благо России трудятся соледо-
бытчики на озере Баскунчак. Баскунчакский солепромысел (ны-
не акционерное общество открытого типа «Бассоль») имеет
большую историю.
598
С незапамятных времен на озере Баскунчак люди добывали
соль. Во времена Петра I и Екатерины II предпринимались по-
пытки наладить здесь ее систематическую добычу. Однако на-
чало промышленных разработок на одном из крупнейших на
юге России месторождений поваренной самосадочной соли от-
носится к началу 60-х годов XIX века, когда с отменой крепо-
иного права появляется рынок свободного наемного труда —
большинство соледобытчиков вербовалось в то время из кре-
стьян центральных губерний России. На этот же период прихо-
дится расцвет рыбообрабатывающей промышленности Волж-
ского понизовья, бывшей крупным потребителем соли. Роль
Баскунчака как поставщика высококачественной соли для пи-
щевых целей резко возрастает. Строятся паровые солемельни-
цы, железная дорога (1882 г.), связавшая озеро и пристани на
Волге, откуда соль отправляется в другие поволжские регионы
России.
В 1896 г. Россия добыла свыше 82 млн пудов поваренной со-
ли, более 30 % ее для пищевых целей дал Баскунчакский соле-
промысел. С этого времени он становится главной российской
«солонкой».
До Советской власти добыча соли на озере велась исклю-
чительно вручную. В 1919 г. по личному указанию главы Совет-
ского правительства В.И. Ленина на Баскунчакское озеро были
отправлены первые за всю историю соледобычи машины — два
экскаватора.
В 1922 г. горным инженером Ю.А. Макаровым был изобре-
тен, а затем построен и спустя два года введен в эксплуатацию
солесос — первая в мире машина для механизированной добы-
чи озерной соли. Новаторские принципы, заложенные в этой
машине, используются и поныне.
До 1935 г. на Баскунчаке соль добывалась одновременно
тремя способами: традиционным, ручным; с помощью экскава-
торов; с помощью солесосов. Научно-технический прогресс по-
степенно вытесняет ручной труд, и после 1935 г. практически вся
добыча соли обеспечивается солесосами. В начале 40-х годов
происходит усовершенствование этих оригинальных машин,
что позволило с их помощью не только производить добычу
соли, но также дробить и промывать ее с целью снижения со-
держания в ней нерастворимых примесей.
599
С 60-х годов объемы соли, добываемой на Баскунчакском
озере, резко возрастают в связи с бурным развитием в СССР хи-
мической промышленности. Наиболее интенсивный рост объе-
мов отмечался с 1965 по 1985 г. В отдельные годы этого периода
годовая добыча соли на озере превышала 5,5 млн. т.
В 1971 г. коллектив комбината «Бассоль» за высокие тру-
довые достижения был удостоен высшей награды СССР — ор-
дена Ленина.
С середины 60-х до начала 70-х годов на Баскунчакском со-
лепромысле была проведена реконструкция: введена в эксплуа-
тацию солефабрика для выпуска соли в ассортименте и прежде
всего в упакованном виде, парк соледобывающих машин-соле-
комбайнов пополнился новым поколением солесосов. Все новые
машины создаются на собственной технической базе предпри-
ятия своими силами. Введен в строй ряд объектов социального
назначения.
В марте 1993 г. государственное предприятие комбинат «Бас-
соль» приватизируется и преобразовывается в акционерное об-
щество открытого типа «Бассоль». Несмотря на резкое сокраще-
ние объемов добычи соли, что связано с решением проблем ре-
сурсосбережения, АО «Бассоль» продолжает оставаться одним
из крупных поставщиков поваренной соли в Российской Феде-
рации.
Озеро Баскунчак является крупнейшим месторождением са-
мосадочной поваренной соли. Оно расположено в Ахтубинском
районе Астраханской области — в северной части Прикаспий-
ской низменности на левобережье р. Волги, примерно в 55 км от
ее русла. Площадь озера около ПО км2, наибольшая длина —
18 км, ширина — 13 км.
Впервые озеро Баскунчак как место, где «ломают соль чис-
ту, как лед», официально упоминается в 1627 г. в «Книге Боль-
шого чертежа», первом географическом описании России.
Баскунчак — уникальное творение природы, своеобразное
углубление на вершине огромной соляной горы, уходящей ос-
нованием на тысячи метров в глубину земли и прикрытой тол-
щей осадочных пород. Мощность поверхностной залежи соли
на озере достигает 10—18 м.
600
Постоянно соприкасаясь с уникальным даром природы, ка-
ким является, по сути дела, Баскунчак, солянники давно поста-
вили вопросы экологии и ресурсосбережения во главу угла. Ло-
зунг «Для нас и наших потомков!» в работе предприятия обрел
реальное воплощение. Разумное, грамотное использование озе-
ра с учетом его удивительной способности восстанавливать из-
влеченные объемы соли позволяет добытчикам смело смотреть
в будущее.
Жесткие требования экологии и ресурсосбережения поста-
вили определенные рамки объемов добычи соли, которые не
должны превышать 2,5 млн т/год.
Производственная и техническая политика на предприятии
проводится с учетом именно этих требований. Она направлена
прежде всего на совершенствование ассортимента выпускаемой
продукции, комплексное использование месторождения, а так-
же на обновление основных производственных фондов, улуч-
шение социальных условий работников.
Разведанные запасы соли на Баскунчаке вполне достаточны
для того, чтобы предприятие «Бассоль» и впредь многие деся-
тилетия уверенно занимало важное место в народном хозяйстве
страны.
10.9.2. Солекомбайны и организация их работы
Наиболее производительными являются озерные солекомбай-
ны, в добывающей системе которых используется принцип гид-
ромеханизации. К таким относится солекомбайн типа АМК,
разработанный и изготовленный в механических мастерских
ВПКБсоль.
Краткая техническая характеристика комбайна АМК
Производительность, т/ч ..........................250
Максимальная глубина разработки, м................3
Ширина захвата, м ................................ 1,6
Скорость резания, м/с ...........................2,7
Скорость подачи, м/мин ...........................От 0 до 9 (плавная
бесступенчатая регу-
лировка)
Мощность основных электродвигателей, кВт:
фрез ............................................. 110 (55 х 2)
главного насоса ............................... НО
601
22
13
13
298
Дизель-электрический
агрегат ДГР-300/500-1
номинальной мощно-
стью 300 кВА
насоса промывочной рапы .......................
механизма подачи...............................
элеватора......................................
Общая установленная мощность
электродвигателей, кВт...........................
Источник энергоснабжения.........................
Потери соли при добыче и
обогащении, %...................................До 15
Численность обслуживающего
персонала в смену, чел..........................2
Габариты в рабочем
положении, м:
длина....................................... 17,8
ширина....................................... 10,5
высота....................................... 10,3
Масса, т....................................... 105
Солекомбайн АМК (рис. 10.54) представляет собой автоном-
ный самоходный агрегат, смонтированный на четырехосной же-
лезнодорожной платформе нормальной колеи. Оборудование
солекомбайна расположено в энергетическом и технологиче-
ском отсеках, а также на выносных площадках. Для обслужи-
вающего персонала имеется отдельная кабина управления. Для
всех механизмов солекомбайна принят электрический привод.
Для разборки и ремонта оборудования и дизель-генератора
энергетический и технологический отсеки оборудованы моно-
рельсами с передвижной талью грузоподъемностью 1 т.
Применяемый на всех механизмах солекомбайна индиви-
дуальный электропривод позволяет централизовать управле-
ние всеми электродвигателями на двух пультах, расположен-
ных в наиболее удобном для обзора фронта работ месте.
Для защиты обслуживающего персонала от воздействия виб-
рации и шума кабина управления установлена на амортизаторах,
обшита звукоизоляционным материалом (пенопластом толщи-
ной 50 мм) и имеет двойное остекление. В холодное время года
кабина обогревается электронагревателем.
На солекомбайне АМК применяется автономный крановый кондиционер
типа КГ 1,0-4,1Т. Он представляет собой комплекс холодильного и электротех-
нического оборудования, пылеочистительных устройств и приборов автома-
тики, связанных единой технологической схемой. Кондиционер конструктив-
но оформлен в виде металлического шкафа, который устанавливается с
внешней стороны кабины управления и связан с последней двумя воздухово-
602
дами. Рециркуляционный и свежий воздух засасывается в кондиционер цен-
тробежным вентилятором через очистные фильтры.
Смесь воздуха, пройдя через воздухоохладитель, подается в кабину. Тем-
пература в кабине контролируется термореле, которое включает и отключает
компрессор соответственно при повышении и понижении температуры до за-
данной величины.
На солекомбайне применяется радиостанция системы «Гра-
нит». Режим работы — беспоисковая и бесподстроечная сим-
плексная радиотелефонная связь, при которой передатчик и при-
емник работают попеременно. В кабине машиниста устанавли-
вается абонентская мобильная радиостанция 1РТМ-2А-4М с пи-
танием от аккумуляторных батарей, на солепромысле — цент-
ральная ЗРТС-Ц2-4М с питанием от сети переменного тока на-
пряжением 220 В.
Рис. 10.54. Солекомбайн типа АМК (вид сбоку, со стороны вылома):
1 — рабочий орган; 2 — кабина управления; 3— нагнетающий трубопровод; 4 — топ-
ливный и водяной баки; 5 — световой семафор; б — обогатительно-отгрузочная уста-
новка; 7 — механизм подачи; 8 — механизм фиксации; 9 — четырехосная железнодо-
рожная платформа с надстройкой; 10— антенна радиостанции
603
На солекомбайне АМК применяется поворотный качающий-
ся исполнительный орган, снабженный двумя режущими голов-
ками с встречным вращением фрез и вынесенной системой вса-
сывания.
Техническая характеристика исполнительного органа
Тип режущей головки ...............................Съемная незави-
симая
Тип фрез ..........................................Барабанные со
сменными резцами
Диаметр фрез по линии резания, мм..................820
Высота фрез, мм ................................. 1050
Частота вращения, об/мин ..........................64
Тип резцов.........................................Тангенциальные
ИТ-2с (или Д6-22)
Число линий резания................................ 20 (25)
Расстояние между линиями резания, мм............... 50 (40)
Число резцов на фрезе.............................. 46 (68)
Исполнительный орган (рис. 10.55) состоит из неподвижной
сварной рамы, на которой смонтирована поворотная платфор-
ма с приводом, включающим открытую зубчатую передачу,
планетарный мотор-редуктор и два опорных ролика. Послед-
ние обеспечивают перемещение подвижной рамы, подвешенной
на тросах полиспастовой системы.
Подъем и опускание подвижной рамы осуществляются лебедкой, уста-
новленной на верхней площадке. На подвижной раме смонтированы две
сменные режущие головки и всасывающая система, состоящая из заборника и
телескопических труб, внутренняя из которых соединена с заборником, а на-
ружная с гофрированным рукавом, подвешенным на цепи к поворотной
платформе. Наружная труба установлена на подшипнике каретки, ролики ко-
торой расположены в направляющих подвижной рамы,
Телескопическая система позволяет подвижной раме с режущими голов-
ками двигаться вверх и вниз, разворачиваться на 180° и отклоняться в верти-
кальной плоскости вокруг роликов 11 в крайних положениях до 15° в обе сто-
роны, не нарушая герметичности системы всасывания.
Режущая головка устанавливается в посадочные места подвижной рамы.
Обе режущие головки по своей конструкции идентичны, фрезы отлича-
ются лишь направлением резцов и встречным вращением. В качестве привода
используются планетарные мотор-редукторы типа МР2-1600-55/64, соединен-
ные с фрезой через вал и кулачковую муфту.
Фреза цилиндрической формы имеет сварную конструкцию. Корпус ее пред-
ставляет собой трубу, на которой приварены резцедержатели (кулаки). Схемы
набора кулаков — «елочка». На фрезах применяются тангенциальные резцы.
На днище фрезы установлены резцы, которые предназначены для разру-
шения соли в момент заглубления ее в пласт. В рабочем режиме эти резцы не
участвуют.
604
Исполнительный орган работает следующим образом. Ком-
байн устанавливается в исходное положение в начале забоя,
при этом подвижная рама располагается фрезами по направле-
нию движения (подачи) комбайна и производится заглубление
их в пласт. Затем включается главный насос и остальное обо-
рудование. Соль пласта, разрушенная резцами фрез, смешивает-
Рис. 10.55. Исполнительный орган:
1 — подъемная лебедка; 2 — подвижная рама; 3 — привод; 4 — поворотная платфор-
ма; 5 — гофрорукав; 6 — неподвижная рама; 7 — каретка; 8 — телескопическая труба;
9 — заборник; 10 — ролик; II — опорные ролики
605
ся с рапой (образуется пульпа) и за счет встречного вращения
фрез увлекается в зазор между ними и далее выбрасывается в
заборник всасывающей системы. После отработки первой за-
ходки комбайн останавливается, подвижная рама рабочего ор-
гана совместно с платформой поворачивается на 180°, заглуб-
ляется на вторую заходку, и работа продолжается в обратном
направлении.
Перемещение комбайна по железнодорожному пути осуще-
ствляется механизмом подачи, имевшим автоматический и дис-
танционный режимы управления.
Техническая характеристика механизма подачи
Тип привода................................Гидравлическая подаю-
щая часть Г-405
Тяговое усилие, т.......................... 16—19
Скорость цепи, м/мин ......................0—6
Тип цепи...................................Бесступенчатая кругло-
звенная калиброванная,
диаметр цепной стали 23
мм, шаг 86 мм
Давление в гидросистеме при
максимальном тяговом усилии, МПа.............. 11—12,5
Рабочая жидкость..............................Масло ИГП-38
Приводной электродвигатель:
тип...........................................А02-61-4
мощность, кВт............................... 13
Главный насос (солесос) служит для засасывания смеси раз-
дробленной соли с рапой и транспортирования ее по трубам к
обогатительно-отгрузочной установке.
Техническая характеристика главного насоса
Тип.......................................................12ГруЛ-12
Производительность по пульпе, м3/ч, не более..............950
Напор, м..................................................22
Диаметр патрубка, мм:
всасывающего...........................................300
напорного...............................................250
Частота вращения рабочего колеса, об/мин..................730
Диаметр рабочего колеса, мм ..............................590
Проходное сечение, мм.....................................180
Приводной электродвигатель:
тип.......................................................AK3-315-M8
мощность, кВт........................................... 110
606
В качестве главного насоса на солекомбайне АМК исполь-
зуется серийно выпускаемый насос 12ГруЛ-12, рабочее колесо
которого проточено по наружному диаметру на 50 мм для со-
гласования рабочей характеристики насоса с характеристикой
системы всасывания и нагнетания комбайна.
Электрооборудование солекомбайна выполнено в нормаль-
ном защищенном исполнении и состоит из дизель-генератора,
электродвигателя, осветительной арматуры, шкафов и пультов
управления.
Напряжение цепей управления — 36 В переменного тока.
Режим управления всеми механизмами — дистанционный, с
пультов управления, установленных в кабине машиниста. Ме-
ханизмы хода комбайна, главного насоса, кроме дистанцион-
ного, имеют автоматическое управление.
На солекомбайне предусматривается рабочее, ремонтное и
аварийное освещение. Наружное и рабочее освещение имеет
напряжение 127 В переменного тока; ремонтное освещение и
габаритные огни — 12 В постоянного тока от аккумуляторной
батареи или 12 В переменного тока от трансформатора 127/12 В;
аварийное освещение — 12 В от аккумуляторной батареи. По-
следнее включается автоматически при исчезновении напряже-
ния 380 В на зажимах вводного автомата.
Обогатительно-отгрузочная установка предназначена для
обогащения, обезвоживания и погрузки соли в железнодорож-
ные вагоны.
Частичное обогащение соли от ила, песка и других нерас-
творимых веществ происходит при резании пласта, приготов-
лении пульпы, во всасывающем и нагнетающем трубопроводах
и главном насосе при транспортировке добытой соли в обога-
тительно-отгрузочную установку.
Обогатительно-отгрузочная установка (рис. 10.56) солеком-
байна АМК состоит из двух гидроциклонов диаметром 900 мм,
отгрузочного элеватора, погрузочной трубы с приводом, холо-
дильника со сливными желобами, смонтированных на удлинен-
ной раме железнодорожной платформы.
Гидроциклон состоит из цилиндрического корпуса, питаю-
щего и переливного патрубков, сливной и песковой насадок.
Применение гидроциклонов позволяет улучшить обогащение,
снизить потери соли и уменьшить металлоемкость обогатитель-
ной установки.
607
Отгрузочный элеватор является одновременно обогатитель-
ным, транспортным и обезвоживающим устройством. Он со-
стоит из пластинчатых цепей с укрепленными на них ковшами,
приводной и натяжной головок, привода, зумпфа, брызгалок и
несущей конструкции. Ковши элеватора выполнены из перфо-
рированных стальных листов с круглыми отверстиями на пе-
редней и задней стенках.
Обогатительно-отгрузочная установка работает следующим
образом. Питающий патрубок гидроциклона расположен тан-
генциально, поэтому попадающая в циклон солепульпа получа-
ет вращательное движение. В результате вращательного движе-
ния пульпы возникают значительные центробежные силы инер-
ции, под действием которых твердые (тяжелые) частицы, пере-
мещаясь к стенке гидроциклона, движутся по спирали вниз к на-
садке и вместе с частью жидкости сгущенной пульпой выводят-
ся из аппарата. Кристаллы соли интенсивно перемешиваются,
трутся друг о друга и стенки гидроциклона, а покрывающий их
ил переходит в раствор (отмывается). Более мелкие (легкие) ча-
стицы движутся во внутреннем спиральном потоке в направле-
Рис. 10.56. Обогатительно-отгрузочная установка:
] — гидроциклоны; 2 — отгрузочный элеватор; 3 — погрузочная груба; 4 — холодиль-
ник; 5— сливные желоба; 6 — рама железнодорожной платформы
608
нии к сливному патрубку и вместе с большей частью жидкости
(осветленная рапа) выводятся из аппарата через переливной
патрубок. Осветленная рапа проходит через холодильник пер-
вого контура дизель-генератора, охлаждает пресную воду, ис-
пользуемую в дальнейшем для охлаждения дизеля и гидравли-
ческой подающей части, и сбрасывается в озеро.
Сгущенная пульпа, имеющая после гидроциклона соотно-
шение Т: Ж = 1:1, поступает в зумпф элеватора, где смешивает-
ся с рапой. Ковши захватывают соль с рапой, которая при вы-
ходе за пределы уровня рапы фильтруется и через отверстия в
ковшах стекает обратно в зумпф. На элеваторе установлены
брызгалки, через которые свежая рапа (100 % объема соли) до-
полнительным насосом подается в ковши элеватора для оконча-
тельной промывки. При транспортировке вверх соль обезвожи-
вается и разгружается из ковшей в бункер, откуда самотеком че-
рез погрузочную трубу поступает непосредственно в железно-
дорожный вагон для доставки на берег. Избыток рапы по жело-
бу сливается в озеро.
Если озерная соль сильно загрязнена, то она проходит не-
сколько стадий обогащения, например, на солекомбайне типа
АОК, предназначенном для добычи соли «чугунка» на озере
Б. Калкаман комбината «Павлодарсоль» (Казахстан).
Технологическая схема работы этого комбайна приведена
на рис. 10.57. Соль, разрушенная фрезами, вместе с рапой заса-
сывается главным насосом и под давлением поступает в гидро-
циклоны. Здесь твердые частицы (соль) отмываются от ила, сгу-
щаются и разгружаются в валковые дробилки. Для лучшей про-
мывки гидроциклоны установлены под углом к горизонту, и в
конической части имеют тангенциальные сопла для подачи све-
жей рапы, которая способствует раскручиванию потока пуль-
пы в циклоне.
Процесс резания соли в пласте фрезами рассчитывается та-
ким образом, чтобы получить размеры кристаллов соли в пуль-
пе от 6 до 15 мм. После обогащения соли на гидроциклонах
сгущенный продукт поступает на валковые дробилки с щелью
5 мм, при этом раскрываются новые включения ила. В процессе
дробления в сгущенную соль добавляется свежая рапа из брыз-
галок 5. Из дробилок соль поступает в двухспиральный клас-
сификатор, где крупные зерна ее оседают на дно и спиралями
передвигаются вверх по наклонному днищу к разгрузочному
609
окну, интенсивно перемешиваясь и промываясь встречным по-
током свежей рапы. Мелкие частицы ила, находящиеся в рапе
во взвешенном состоянии, переливаются через сливной порог и
отводятся. Соль из разгрузочного окна классификатора посту-
пает в зумпф и, оседая на дно, забирается ковшами элеватора.
При транспортировке соль в ковшах дополнительно промыва-
ется рапой с брызгалок 8 и обезвоживается. Для подачи чистой
рапы в гидроциклоны, дробилки, классификатор и элеватор
предусмотрен индивидуальный насос 9.
Рис. 10.57. Технологическая схема солекомбайна АОК:
1 — фреза рабочего органа; 2 — главный насос; 3 — гидроциклон; 4 — валковая дро-
билка; 5, 8 — брызгалки; 6 — классификатор; 7— отгрузочный элеватор; 9 — насос
чистой рапы; 10—вакуум-насос; 11—железнодорожный вагон
10,9,3, Технология добычи соли на примере озера Баскунчак
Для организации выемки соли на месторождении выделя-
ются панели. Для обеспечения необходимого фронта выемки
панель подразделяют на две полупанели, каждая из них отра-
батывается двумя самостоятельными участками со встречным
подвиганием фронта работ. Разработка ведется открытыми
траншеями с параллельным расположением заходок, отраба-
тываемых сверху вниз. Среднегодовое подвигание фронта очи-
стных работ на добычном участке 50—60 м. Между отработан-
610
ними за год участками соленосного пласта оставляют годовые
целики. Между встречными забоями смежных участков после
их полной отработки оставляют ликвидационные целики. Се-
зон производства добычных работ 7 месяцев (апрель — октябрь).
Выемка соли ведется самодвижущимися солекомбайнами кон-
струкции ВПКБсоль с вертикальным рыхлителем. Комбайн смон-
тирован на железнодорожной платформе и перемещается вдоль
очистного забоя по рельсам нормальной колеи, уложенным на
поверхность пласта забоя. Длина прохода комбайна равна дли-
не панели (2500—2600 м), перемещение комбайна производится
в прямом и обратном направлениях.
Комбайн с помощью специальной фрезы — рыхлителя —
разрушает соляной пласт и за каждый проход вырабатывает от-
крытую траншею (заходку) шириной 1,15 м на глубину до 1 м.
При рабочей мощности пласта 7—8 м для выемки траншеи на
полную глубину требуется семь проходов комбайна. После от-
работки пласта на требуемую глубину железнодорожный путь с
помощью трактора передвигается и процесс повторяется. Шаг
передвижки путей 1,2 м. Съем соли с одной траншеи составляет
около 40 тыс. т, время отработки траншеи (при скорости под-
вигания комбайна 2,5 м/мин и коэффициенте использования ра-
бочего времени комбайна 0,6) составляет 8—9 сут. Производи-
тельность комбайна 220 т/ч.
При работе комбайна смесь соли и рапы засасывается (с
помощью центробежного насоса) во внутреннюю полость рых-
лителя, откуда она попадает в зумпф, где происходит отделение
соли от рапы и механических примесей. Рапа и механические
примеси сбрасываются в озеро в отработанное пространство, а
соль подается элеватором на дробильные валки, измельчающие
ее до 5 мм. Раздробленная соль дополнительно промывается ра-
пой и элеватором подается в железнодорожные вагоны. Элек-
троснабжение механизмов производится от дизельной электро-
станции, установленной на комбайне. Работу комбайна и рас-
положение горнотранспортного оборудования иллюстрируют
рис. 10.58,10.59.
Вся добытая на озере солекомбайнами соль грузится в же-
лезнодорожные вагоны грузоподъемностью 60 т и доставляется
для последующей переработки на солефабрику или на пристань
г. Ахтубинска (в 60 км от месторождения) для перегрузки в сред-
ства водного транспорта.
611
Рис. 10.58. Схема добычи озер-
ной соли:
а — выемка траншей с помощью со-
лекомбайна; б — расположение гор-
нотранспортного оборудования; 1 —
траншея; 2 — фреза-рыхлитель; 3 —
пласт соли; 4 — солекомбайн; 5 —
железнодорожные вагоны
Я
Рис. 1039. Солекомбайн в эксплуатации на озере Баскунчак
На солефабрике из вагонов соль разгружается в завальные
ямы, откуда системой наклонных и горизонтальных стационар-
ных и передвижных конвейеров складируется в бугры. С целью
обогащения поваренная соль для пищевых целей выдерживает-
ся в буграх не менее года. Из бугров соль экскаваторами пода-
ется на дальнейшую переработку.
При комбайновой добыче получаемая соль хорошо обога-
щается даже при сравнительно высоких содержаниях нераство-
римых (до 10—15 %) и кальция (до 2—2,5 %). Уровень обогати-
мости соли зависит от ее содержания в пласте. Соль с содержа-
нием галита более 95 % обогащается примерно на 3 %, с содер-
жанием галита 85 % — на 5,5 %.
10.9.4. Добыча соли за рубежом
Кроме российских предприятий, добыча озерной соли ве-
дется в Казахстане (комбинаты «Павлодарсоль» и «Аралсоль»,
Индерское ОПП) и Туркмении (комбинат «Куулисоль»). В Ка-
захстане добывается примерно 22 %, в Туркмении — 10 % об-
щего объема добычи самосадочной соли в странах СНГ. В Ка-
захстане ведущее положение по добыче соли занимает комби-
нат «Аралсоль», где на озере Джаксы-Клыч добывается 66 % об-
щего объема добычи соли в республике. Комбинат «Павлодар-
соль», разрабатывающий озера Калкаман и Таволжан, из-за ис-
тощения запасов снизил объемы добычи.
На всех месторождениях этих республик, кроме Индерско-
го, техника и технология добычи соли принципиально на отли-
чаются от способов разработки месторождений России.
К положительному опыту следует отнести применение на ком-
бинатах «Аралсоль» и «Куулисоль» комбайнов с двухфрезерным
исполнительным органом конструкции ВНИИсоль и ВПКБсоль,
изготавливаемых на ЭМЗ ВНПО «Соль». Их использование уже
в течение десяти лет позволило вести разработку пластов соли
без оставления межтраншейных целиков и снизить потери раз-
рушенной соли в траншеях с 20 до 3—5 %. Кроме того, на этих
комбайнах, а также на комбайнах типа СФК комбината «Пав-
лодарсоль» используются для первичного обогащения гидро-
циклоны, которые, кроме эффективного процесса обогащения,
обеспечивают снижение потерь мелких фракций соли при обо-
гащении (в сравнении с дуговыми ситами).
614
На Индерском месторождении в опытно-промышленных
масштабах ведется отработка новой технологии добычи соли
плавучими землесосными снарядами. Отличительной особен-
ностью соляной залежи озера Индер является низкая механиче-
ская прочность пласта, состоящего из практически не связан-
ных между собой кристаллов галита. В связи с этим несущая
способность пласта не обеспечивает требуемой устойчивости
оборудования при применении существующей комбайновой
технологии.
Отработка новой технологии добычи производится с ис-
пользованием модернизированного земснаряда ЛС-27 (рис. 10.60,
10.61).
Вскрытие участка добычи, находящегося на расстоянии 800 м
от береговой черты, осуществлено начальным котлованом и
разрезной траншеей. Подводный забой сформирован на глуби-
ну 8 м. Добытая соль транспортируется до обезвоживающей ус-
тановки по трубопроводу.
Исследования показали, что транспортирование соли по тру-
бопроводу приводят к ее измельчению, чем достигается частичное
раскрытие кристаллов к отслаиванию илистых загрязнений,
которые могут быть удалены из системы.
На опытно-промышленном участке испытана и успешно при-
меняется обогатительно-сгустительная установка, состоящая из
двух соединенных параллельно гидроциклонов.
Определены параметры работы земснаряда, которые позво-
лили совместно с ВНИИземмаш разработать новую конструк-
цию высокопроизводительного земснаряда, отвечающего уело-
ВИЯМ озера Индер с учетом проектируемой его мощности 3 млн т
соли в год. Разработана рациональная схема отработки данно-
го озера, которая использована ВНИИГом при подготовке про-
екта строительства Индерского комбината.
Продолжаются работы по решению проблемы защиты ме-
сторождения от отходов обогащения путем строительства в бе-
реговой зоне шламоотстойников и возвращения в озеро освет-
ленной рапы.
Добыча самосадочной соли в зарубежных странах имеет ог-
раниченное распространение в сравнении, например, с добычей
подземным или бассейновым способами.
Из имеющихся материалов известно, что за рубежом раз-
работка месторождений самосадочной соли ведется с примене-
615
нием плавучей добычной техники. Австралийская фирма Neu-
mana выпускает для добычи озерной соли роторные драги, анг-
лийская фирма Aclusid Dredges Limited — соледобывающие
многочерпаковые драги. В Саудовской Аравии для добычи озер-
ной соли используется земснаряд с гидротранспортом солепуль-
пы на берег.
10,9,5. Тенденции развития техники и технологии
добычи озерной соли и перспективы их
совершенствования
На предприятиях России открытый способ добычи приме-
няется для разработки только озерных месторождений. Этот
способ занимает по объемам добычи ведущее место.
Применяемая на месторождениях технология добычи соли
принципиально не изменилась за последние десятилетия (см.
рис. 10.60 и 10.61). Ее совершенствование на комбинате «Бас-
соль» касалось модернизации конструкции соледобывающих
комбайнов, механизации процесса передвижки путей и т. д. Тех-
нический уровень применяемого на озере Баскунчак оборудо-
вания наиболее высокий в отрасли.
Существующая технология добычи соли практически ис-
черпала свои потенциальные возможности к коренному улуч-
шению технико-экономических показателей применения. Од-
нако эта технология сохранится еще длительное время, поэтому
вопросы ее совершенствования и устранения крупных недос-
татков являются актуальными и экономически выгодными.
Совершенствование существующего способа добычи соли мо-
жет быть достигнуто путем значительного усовершенствования
основных систем комбайнов. Оно должно идти в следующих на-
правлениях: совершенствование рабочих органов; применение
двухфрезерных рыхлителей; создание нового режущего инстру-
мента, обеспечивающего высокую эффективность разрушения
соляного пласта, новых конструкций эффективных грунтоза-
борных устройств и комбайна для эффективной добычи соли
«чугунки»; совершенствование обогатительного и обезвожи-
вающего оборудования комбайнов, в том числе создание нетра-
диционных для соляной отрасли обезвоживающих устройств,
обеспечивающих выход продукта с влажностью не выше 5 %;
создание комбайнов, оснащенных оборудованием разделения и
616
сгущения шламов, позволяющих предотвратить загрязнение ме-
сторождений отходами обогащения.
На озерных месторождениях накоплен определенный опыт
(в опытных и опытно-промышленных условиях) применения пла-
вучих добычных агрегатов (земснарядов) на разработке соля-
ных залежей (озера Баскунчак и Индер). Несмотря на ряд слож-
ностей и неудач, следует признать опыт положительным. Это
подтверждается и данными о применении этого способа добы-
чи на зарубежных озерных месторождениях. На отечественных
предприятиях способ добычи соли с использованием плавучих
средств сдерживается в основном неподготовленностью пред-
приятий к применению новой техники и технологии и непол-
ным соответствием техники условиям озерных месторождений,
а также низким качеством ее изготовления.
Вместе с тем этот способ добычи озерной соли следует при-
знать наиболее перспективным, так как с его применением ре-
шаются вопросы резкого снижения потерь соли в озере, эффек-
тивного обогащения и защиты месторождений от загрязнений
отходами обогащения.
Способ добычи с применением плавучей добычной техники
может развиваться в двух направлениях:
• с использованием земснарядов и гидротранспорта соле-
пульпы;
• с применением драг.
Первый способ наиболее подготовлен для использования:
установлены рациональные параметры земснаряда и гидро-
транспорта, разработана конструкторская документация зем-
снаряда для условий озера, разработаны на уровне изобретений
предложения по обогащению соли в трубопроводе и конструк-
ции шламоотстойников в береговой зоне озера, накоплен опыт
разработки пластов соли и др.
Второй способ требует разработки конструкции драги, вы-
бора технологических схем доставки соли на берег и ее перера-
ботки, создания опытных производств по испытанию техноло-
гии и оборудования. В связи с этим необходимо проведение по
второму направлению поисковых исследований для технико-
экономического обоснования постановки комплекса научно-
исследовательских и опытно-конструкторских работ.
617
Рис. 10.60. Схема выемки сложноструктурного блока горизонтальными слоями
-Г5А.
Рис. 10.61. Схема выемки блока вертикальными слоями
Глава 11
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕРЕРАБОТКИ
(ОБОГАЩЕНИЯ) ГОРНОЙ МАССЫ
11.1. Технология переработки гравийно-песчаных пород
По характеру выпускаемой продукции и особенностям тех-
нологии предприятия промышленности строительных матери-
алов подразделяют на щебеночные (дробильно-сортировочные),
гравийно-песчаные и песчаные (гравийно-сортировочные).
Предприятия, на которых сырье добывают экскаваторами,
работают в течение всего года. Предприятия с гидро механизи-
рованным способом добычи гравия и песка работают сезонно.
Предприятия, выпускающие щебень, гравий и песок, подразде-
ляют на стационарные, сборно-разборные и передвижные. Их
производственная мощность соответственно свыше 400, 200—
400 и до 200 тыс. м3/год.
При переработке прочных однородных изверженных, мета-
морфических и осадочных пород технологическая схема одно-
поточная, при переработке неоднородных по прочности карбо-
натных пород — двухпоточных материалов — двухпоточная с
выделением гравийного и щебеночного потоков. На предпри-
ятия, вырабатывающих свыше 1000 тыс. м3 щебня в год, преду-
смотрено несколько параллельных технологических линий с оди-
наковым набором оборудования.
Технология переработки горных пород всех типов включа-
ет операции дробления и грохочения, при содержании в горной
массе глины применяют промывку.
В зависимости от выхода (%) готовой продукции различа-
ют безотходную (100), малоотходную (> 90), высоко- (70—90),
средне- (55—70) и низкопродуктивную (< 55) технологии. При
комплексном использовании сырья, кроме выпуска щебня, гра-
вия и песка, производят сырье для приготовления цемента, ми-
неральных удобрений, смеси для асфальтобетона, а также до-
бавки к корму животных и птиц и другую продукцию.
Гравийно-сортировочные заводы с гидромеханизированной
добычей сырья (для примера) работают следующим образом.
620
Горная масса добывается земснарядом (рис. 11.1) и в виде
пульпы с Т: Ж 1:12— 1 :20 поступает на сортировочный узел,
где в коническом грохоте 2 типа КГТ-5500 разделяется по
крупности 5 мм на песчаную и гравийную фракции. Гравийный
материал обезвоживается в виброобезвоживателе 4, оборудо-
ванном ситами с щелевидными отверстиями, и конвейером 5
транспортируется на промежуточный склад 6. Вместимость скла-
да рассчитана на 30—35 ч работы завода.
Песчаная пульпа (0—5 мм) поступает в гидравлический клас-
сификатор 3, где в автоматизированном режиме разделяется в
восходящем потоке по крупности 0,14—0,2 мм. Слив гидро-
классификатора самотеком поступает в шламоотстойник, а круп-
ные пески выгружаются в спиральный классификатор или виб-
рообезвоживатель 7, где обезвоживаются и радиально-поворот-
ным штабелеукладчиком 8 типа ШУПГМ-3 складируются в
штабель 9 вместимостью до 20 тыс. м3. Слив классификатора са-
мотеком поступает в зумпф 12 и землесосом 13 откачивается в
шламоотстойник.
С промежуточного склада с помощью вибропитателей 181-
ПТ 10 и конвейера 11 гравийный материал крупностью 5—250 мм
подается на грохот 14, где разделяется по крупности 40 мм.
Подрешетный материал на втором грохоте 15 ГИС-62 промы-
вается и разделяется на гравий (5—20 и 20—40 мм) и песок.
Гравий конвейерами 16 и 24 транспортируется на склады 17 и
23, песок обезвоживается в спиральном классификаторе 25
(КСН-20) и конвейером 26 направляется в конусный склад 27.
Гравий и валуны крупнее 40 мм направляют в щековую
дробилку 18 СМ-741 на дробление до крупности 20 мм и сбор-
ным конвейером 19 транспортируют на грохот 21. Здесь дроб-
леный материал промывается и разделяется по крупности 20 и
5 мм. Надрешетный материал конвейером 22 подают на додраб-
ливание в короткоконусную дробилку КМД-1200Гр 20, рабо-
тающую в замкнутом цикле. Щебень фракции 5—20 мм кон-
вейером 28 транспортируется на склад 29, а песок самотеком
сливается в спиральный классификатор 25.
При дроблении гравия фракции 5—60 мм (до крупности
20 мм) без песка и в смеси с ним было установлено, что в по-
следнем случае содержание отсева в продукте дробления щеко-
вой дробилки снижается в 2 раза.
621
Рис. 11.1. Схема цепи аппаратов гравийно-сортировочного завода с гидроме-
ханизированной добычей сырья
Гранулометрический состав продуктов дробления зависит
от содержания в питании гравия.
Содержание гра-
вия в питании, % Выход классов, %: 20 30 40 50 60 100
10—20 мм 51,9 54,4 48,3 46,4 44,9 40,1
5—10 мм 34,9 32,9 34,7 33,4 34,2 31,3
0—-5 мм 13,2 12,7 17,0 20,2 20,9 28,6
Все технологические схемы действующих гидромеханизиро-
ванных предприятий и существующих типовых проектов мож-
но разделить на две основные группы: поточные и поточно-
цикличные. Выбор технологических схем зависит в основном
от содержания гравия в исходной горной массе и от коэффици-
ента неравномерности подачи материала в исходном питании.
Применение поточной технологии считается целесообразным,
если коэффициент неравномерности не превышает 2,0. При бо-
622
лее высоком значении коэффициента применяются поточно-
цикличные схемы, когда выделенный гравий после предвари-
тельной стадии грохочения направляется в промежуточную ем-
кость (склад) и дальнейшая его переработка осуществляется при
подаче с этого склада.
При содержании гравия в исходной горной массе до 20—30 %,
как правило, применяются поточные схемы переработки, вклю-
чающие стадию предварительного грохочения по крупности 5 мм
и дальнейшие операции по классификации и обезвоживанию пес-
ка и разделение гравия по фракциям 5—10, 10—20 или 5—20 мм,
а также 20—40 и +40 мм.
При содержании гравия в исходной горной массе свыше 20—
30 % в состав гидромеханизированного предприятия включают-
ся цеха дробления крупного материала на щебень. В этом случае
типичной технологической схемой является поточно-цикличная.
На рис. 11.2, а представлена технологическая схема (поточ-
ная), используемая при разработке среднепромывистых смесей
с содержанием гравия до 80 %. В качестве сортирующих уст-
ройств используются конический грохот 4 и виброгрохот 5.
Песчано-гравийная смесь, связанная в забое пылеватыми, или-
стыми и глинистыми частицами, разрабатывается земснарядом
/, который оборудован механическим рыхлителем 2 (фрезой или
роторной головкой). Пульпа по трубопроводу 3 поступает на ко-
нический грохот 4, где происходит предварительное разделение
исходного сырья по граничному зерну 5 мм. Фракция +5 мм,
частично засоренная зернами крупностью менее 5 мм, подается
на двухситный вибрационный грохот. На верхнем сите отделя-
ется гравий крупнее 20 мм. Гравий 5—20 мм, скатываясь с ниж-
него сита виброгрохота, попадает в приемник гидроэлеватора
7 и подается по трубам в штабель готовой продукции. Гравий
+20 мм, скатываясь с верхнего сита виброгрохота, сбрасывает-
ся по направляющему желобу в штабель гравия +20 мм.
Песок, просеявшийся через оба сита виброгрохота, попада-
ет в бункер 5 и с помощью гидроэлеватора 6 подается в пуль-
попровод мелкого продукта, идущий от конического грохота
на склад песка, состоящий из трех-четырех карт намыва. Гли-
нистые, пылеватые и илистые частицы удаляются с карт намы-
ва через шандорные колодцы.
623
a
Рис. 11.2. Поточная технологическая схема с использованием конических гро-
хотов:
а — с содержанием гравия до 30 %; б — с содержанием гравия до 20 %; 1 — земснаряд;
2 — механический рыхлитель; 3 — напорный пульпопровод: 4 — конический грохот; 5
— виброгрохот; 6 — сборная усреднительная емкость; 7 — гидроэлеватор; 8 — насос-
ная станция
Технологическая схема, изображенная на рис. 11.2, б, при-
меняется при разработке песчано-гравийных месторождений, не
имеющих включения валунов, с содержанием среднепромыви-
стых примесей до 20 %. В состав технологического комплекса
входят земснаряд 1, оборудованный механическим рыхлителем
2, конический грохот 4, колосниковый грохот 5, усреднитель-
ная емкость 6, плавучая насосная станция 8. Исходная горная
масса от земснаряда по напорному трубопроводу 3 подается на
конический грохот, где под действием остаточного напора грун-
тового насоса производится разделение песчано-гравийной сме-
си по заданной крупности. Далее пульпа с мелким продуктом
624
поступает в усреднительную емкость; гравий с оставшимся в
нем песком поступает на колосниковый грохот, где на наклон-
ной решетке происходит окончательное разделение песка и гра-
вия. Гравий по решетке и лотку скатывается в штабель +5 мм, а
пульпа с песком и загрязняющими компонентами поступает в
усреднительную емкость, смешиваясь с пульпой, поступившей
из конического грохота. Песок транспортируется на склад, раз-
деленный на четыре карты намыва: три карты — намываемые,
одна — отгружаемая. Две из намывных карт поочередно при-
нимают водопесчаную смесь; на третьей карте в это время уст-
раивается обвалование из намытого песка. Все карты сужаются
в направлении движения пульпы. На каждой карте — по одно-
му водосбросному колодцу.
На рис. 11.3, а представлена технологическая схема добычи
и переработки песчано-гравийной смеси, которая используется,
как правило, на небольших карьерах и все оборудование вы-
полнено в передвижном или полустационарном исполнении с
целью быстрой передислокации на новый участок работ. Зем-
снаряд 1 подает песчано-гравийную массу на гидроклассифика-
тор < в котором производится выделение глинистых и пылева-
тых частиц и очень мелкой фракции песка -0,14—0,315 мм.
Крупный продукт классификатора, частично загрязненный мел-
кими частицами, не попав-
шими в слив, поступает на
конический грохот, где про-
исходит его разделение по
крупности 5 мм. Песок по-
дается на гидроотвал, гравий
сбрасывается в штабель.
Рис. 11.3. Поточные технологиче-
ские схемы с использованием ги-
дроклассификаторов:
а — передвижное исполнение сорти-
ровочных устройств; б — подуста-
ционарное (стационарное) сортиро-
вочное хозяйство; 1 — земснаряд; 2 —
механический рыхлитель; 3 — напор-
ный пульпопровод; 4 — гидрокласси-
фикатор; 5 — конический грохот; 6 —
насосная станция; 7 — ленточный
конвейер; 8 — виброгрохот
625
Эта схема может быть использована при разработке песча-
но-гравийных месторождений с содержанием в исходной гор-
ной массе более 3—10 % пылеватых и глинистых частиц и до 15 %
гравия.
Технологическая схема, представленная на рис. 11.3, б, при-
меняется на песчано-гравийных предприятиях производитель-
ностью 300—500 м3 / ч по горной массе, в которой содержание
гравия 30—50 %, при незначительном (до 10 %) содержании
гальки и валунов. Здесь на первой стадии используется гидро-
классификатор большой производительности, режим работы
которого устанавливается на разделение зерен по граничной
крупности 2—3 мм. Слив гидроклассификатора поступает на
гидроотвал, где происходит сброс глинистых частиц через
шандорные колодцы. Крупная фракция подается на механиче-
ские грохоты, где разделяется на две или более фракции гравия.
11.2. Технология промывки (переработки) песков
россыпных месторождений
В настоящее время существуют три способа организации
промывочных работ.
При первом способе все пески доставляют на центральную
обогатительную фабрику, где и производят их обогащение. Он
характерен для предприятий, разрабатывающих крупные рос-
сыпные месторождения редкометалльных песков, янтаря.
Второй способ, предусматривающий использование пере-
ставных промывочных установок (так называемых промприбо-
ров), нашел самое широкое применение при разработке россы-
пей (в первую очередь многолетнемерзлых) золота, олова, ха-
рактеризующихся небольшими размерами и запасами песков.
Третий способ представляет собой комбинацию двух пер-
вых. Предварительное обогащение (сокращение) песков произ-
водят на промывочных установках, а полученный концентрат
отправляют на центральную обогатительную фабрику. Он ис-
пользуется при разработке алмазоносных россыпей, поскольку
небольшая плотность алмазов не дает возможности извлекать
их средствами простейшего гравитационного обогащения.
Таким образом, выбор способа организации промывочных
работ определяется видом полезного ископаемого и размерами
месторождения. В спорных случаях решение должно быть при-
626
нято на основе технико-экономического расчета, при котором
обязательным условием сравнения должно быть одинаковое
количество получаемого в разных вариантах полезного иско-
паемого.
Сезонность при разработке россыпных месторождений (осо-
бенно многолетнемерзлых) благоприятствует применению пе-
реставных промывочных установок, но требует их высокой про-
изводительности, чтобы за короткое теплое время успеть пере-
работать большие объемы песков.
Рекомендуется следующий порядок проектирования про-
мывочных работ:
• выбор и обоснование способа организации промывочных
работ с учетом объема и характеристики промываемых песков
и полезного ископаемого;
® выбор типа промывочной установки с учетом заданной
производительности, а в случае обогащения на обогатительной
фабрике — выбор технологической схемы на основании ре-
зультатов исследования обогатимости песков. При применении
переставных установок определяется необходимость в допол-
нительных устройствах и аппаратах для извлечения мелких
частиц полезного ископаемого;
• выбор места расположения обогатительной фабрики (про-
мывочной установки). Расчет водоснабжения промывочных ра-
бот и отвалообразования. При обогащении на фабрике — вы-
бор и расчет транспортной схемы от забоя до фабрики.
В общем виде методика выбора способа организации про-
мывочных работ может выглядеть следующим образом.
Промывка на отдельных промывочных установках. Сум-
марная производительность одновременно действующих про-
мывочных установок должна быть равна производительности
фабрики. Поскольку все промывочные установки работают в
одинаковых условиях, расчет можно вести только для одной из
них с определением следующих затрат (руб.):
• на выемку и транспортировку 1 м3 песков к бункеру про-
мывочной установки калькуляцией или по стоимости машино-
часа работы бульдозера (СР,Т);
• на приборные горноподготовительные работы — подва-
ловку, планировку площадки, проведение водозаводной кана-
вы, устройство насосной станции, организацию оборотного во-
доснабжения (Сгп.р);
627
® на монтаж-демонтаж промывочной установки — по
нормативам для данного типа промывочных установок) (СМД);
• на промывку 1 м3 песков (Спр);
• на разваловку хвостов промывки (Ср. х).
Затем находят суммарные эксплуатационные расходы, руб
Э = (Ср. Т + Спр) Гп + Сгп. Р + Сид + Ср. X", (11.1)
где Кп — объем песков, промываемыхй на данной промывоч-
ной установке, м3.
Затраты, руб, на промывку 1 м3
Сп = Э/Кп. (11.2)
Годовые эксплуатационные расходы, руб, определяют ис-
ходя из годового объема промывки Код.’
Эгод = СпК0Д. (11.3)
Капитальные затраты, руб, на приобретение бульдозеров
(Сб) и промывочных установок (Сп. у):
Ki =Пб Сб+пп. у Сп. у, (11.4)
где «б — число работающих бульдозеров; пп. у — число одно-
временно работающих промывочных установок.
Промывка на обогатительной фабрике. При этом возможны
различные способы транспортирования песков на обогатитель-
ную фабрику: автомобильный, гидротранспорт, конвейерный.
Выбирается наиболее эффективный, который и учитывается в
расчете.
К учету принимаются следующие эксплуатационные расхо-
ды (руб.):
• на выемку и окучивание 1 м3 песков бульдозерами (с по-
строением соответствующей технологической схемы для опре-
деления среднего расстояния транспортирования и производи-
тельности бульдозеров) (СРо);
• на погрузку 1 м3 песков экскаватором (погрузчиком) из
штабеля в автосамосвалы (Сп.э);
• на перевозку 1 м3 песков в автосамосвалах (рассчитыва-
ются в соответствии с нормативной часовой производительно-
стью автосамосвалов данного типа Ра. ч при фактическом рас-
стоянии транспортирования) (Сат);
628
• на переработку 1 м3 песков на фабрике (Сф);
® на отвалообразование и оборотное водоснабжение — на-
мыв отвала, строительство дамб, прокладку трубопровода, буль-
дозерные работы на отвале, устройство водоотстойника и т. д.
— рассчитываемые на весь срок службы фабрики 7ф и отнесен-
ные к одному году ее эксплуатации (Сов).
Затем определяют капитальные затраты на строительство
фабрики, а также подъездных дорог (в соответствии с проектом
или по аналогии). Иногда вместо фабрики устанавливают ста-
ционарно две-три мощные промывочные установки. В этом слу-
чае принцип расчета остается тем же. Необходимо также учесть
капитальные затраты на возведение дополнительных построек
и устройство бункера для разгрузки автомашин, площадки для
выкладки резервного отвала и др.
Суммарные капитальные вложения, руб.,
К2 — Сстр. ф + Иб Сб + Сэ + Сэ + Иас Сас5 (11.5)
где Corp, ф — стоимость строительства фабрики, руб.; Пб Сб — за-
траты на приобретение бульдозеров числом пб, руб.; Сэ — за-
траты на приобретение экскаватора (погрузчика), руб.; пйС Сас —
затраты на приобретение автосамосвалов числом лас, руб.
Сравнение вариантов. Необходимо учесть, что сравнивае-
мые варианты могут отличаться по коэффициенту извлечения
металла из песков. По установленной для предприятия цене ме-
талла следует установить стоимость дополнительно теряемого
полезного ископаемого и прибавить ее к эксплуатационным за-
тратам варианта с меньшим коэффициентом извлечения.
Результаты неоднократно проводившихся для конкретных
условий расчетов позволяют сделать вывод, что при разработ-
ке отдельных небольших месторождений выгоднее применять
переставные промывочные установки. В любом случае строи-
тельство временной обогатительной фабрики может быть оп-
равдано только при продолжительности ее эксплуатации не ме-
нее трех лет и объеме промываемых песков 2—3 млн м3. Суточ-
ная производительность такой фабрики должна составлять не
менее 6—8 тыс. м3. Целесообразность строительства централи-
зованной фабрики может быть резко повышена в случае, когда
промывочные установки не в состоянии обеспечить необходи-
мую степень извлечения полезного ископаемого из песков.
629
Под организацией промывки принято понимать комплекс
работ, включающий:
• общую организацию подготовки песков, обеспечивающую
заданную их подготовленность для промывки к установленным
контрольным срокам;
• выбор способа организации промывочных работ;
• определение типа промывочных установок или техноло-
гии обогащения на обогатительной фабрике;
• разбивку месторождения на приборные поля;
• размещение на них промывочных установок или загру-
зочных бункеров;
• размещение отвалов хвостов промывки;
• устройство оборотного водоснабжения и организация ос-
ветления сточных вод;
• выбор технологии и организацию работы добычных ма-
шин и транспортирования песков к промывочной установке (к
загрузочному бункеру).
Непосредственно под промывкой принято понимать извле-
чение полезного ископаемого из песков гравитационными ме-
тодами. В основе обогащения песков тяжелых полезных иско-
паемых (платины, золота) лежит их промывка на шлюзах.
Промывка является заключительным этапом всего комплек-
са работ при разработке россыпных месторождений — из до-
бытых песков извлекают полезное ископаемое (значительно ре-
же весь комплекс полезных компонентов, содержащихся в рос-
сыпи).
В настоящее время на предприятиях, разрабатывающих рос-
сыпные месторождения, применяются следующие варианты ор-
ганизации промывочных работ:
• промывка на переставных промывочных установках. Для
нее характерны небольшие объемы промываемых песков (глав-
ным образом золотоносных) и окончательная доводка концен-
трата до чернового металла на специальных шлихообогати-
тельных установках;
• промывка песков на полустационарных установках, ко-
торая целесообразна, когда продолжительность работы на од-
ном месте превышает 2-3 года и промывается значительный
объем песков. Практически в качестве таких установок могут
630
быть использованы промывочные установки большой произ-
водительности, которые просто нецелесообразно часто пере-
ставлять с места на место. В качестве полустационарных могут
быть использованы и обычные промывочные установки сред-
ней производительности, если их устанавливать по 2—3 в од-
ном месте.
На рис. 11.4 изображены схемы промывки небольших (а) и
больших (0 объемов песков, содержащих металл любой круп-
ности. Для промывки обводненных песков, содержащих полез-
ное ископаемое любой крупности (табл. 11.1), рекомендуется схе-
ма, изображенная на рис. 11.5.
Рис. 11.4. Типы промывочных установок:
а — установка МПД-4 (/ — загрузочный бункер; 2 — привод конвейера; 3 — конвейер;
4 — головной (самородкоулавливающий) шлюз; 5 — скруббер; 6 — конвейер отваль-
ный; 7 — комплект шлюзов мелкого наполнения; 8 — вашгерд для доводки концентра-
та; 9 — шлюз для сокращения концентрата); б — установка ПГШ-50 (7 — гидроваш-
герд; 2 — горловина гидроэлеватора; 3 — труба гидроэлеватора, 4 — короб-гаситель
струи; 5 — шлюз глубокого наполнения)
631
Рис. 11.5. Структурная схема установки ПГБ-75:
7 — отвалообразователь; 2 — бочечный грохот (скруббер); 3 — головной шлюз; 4 —
гидровашгерд; 5 — грохот; 6 — загрузочный бункер гидроэлеватора; 7 — пульпопро-
вод; 8 — гидромонитор; 9 — комплект шлюзов; 10 — концентратосос; 77 — пульпо-
провод для концентрата; 12 — труба; 13 — доводочный шлюз; 14 — гидроэлеватор; 75
— водяные магистрали; 16 — насосная установка
Таблица 11.1
Области применения промывочных установок различных типов
1 Тип уста- новки Рекомендуемая область применения
МПД-4 (см. рис. 11.4, а) Промывка песков, содержащих металл любой крупности. При наличии самородков крупнее 10 мм необходимо дополнительное самородкоулавливающее устройство. Предназначена для промыв- ки небольших (25—40 тыс. м3) объемов песков на одной стоянке
ПКС-700 Те же условия применения, но возможна промывка валунистых песков (валуны размером до 600 мм). Самородкоуловители не- обходимы при наличии самородков крупнее 25—30 мм
ПКС-1200 Условия те же, но целесообразна промывка значительных объ- емов (80—90 тыс. м3) на одной стоянке. При наличии крупного золота оснащается дополнительно отсадочной машиной ОМТ
ПГБ-1000 и ПГБ-75 (см. рис. 11.5) Промывка обводненных песков, содержащих полезное иско- паемое любой крупности. Максимальный размер промываемо- го куска 120 мм. Целесообразна промывка на одной стоянке в пределах 70—80 тыс. м3
632
Окончание табл. 11.1
Тип уста- новки Рекомендуемая область применения
МПД-6 Промывка небольших объемов на одной стоянке (до 15—25 тыс. м3). Пески должны быть слабовалунистые и не содержать полезного ископаемого крупнее 10 мм
пгш-зо Промывка небольших объемов бедных песков, не содержащих мелкого металла. Содержание валунов крупнее 120 мм не более 3—4 %. Возможна промывка песков на обводненных полигонах
ПГШ-50 (см. рис. 11.4, б) Те же условия, но для промывки больших объемов (до 50—60 тыс. м3 на одной стоянке)
ПГШ-75 Те же условия, но для промывки объемов более 60—70 тыс. м3 на одной стоянке
Землесосно- шлюзовая установка Условия те же, что и для ПГШ, но при необходимости обеспе- чения высокой (до 2—2,5 тыс. м3/сут) производительности. Крупность кусков не более 130 мм
ПКБШ-100 Промывка песков, содержащих металл любой крупности. Ана- логична установкам ПКС, ио предназначена для больших объ- емов промывки на одной стоянке (не менее 90—100 тыс. м3). Возможно использование в качестве полустационарной установки при разработке крупных объектов. Возможно применение для промывки оловоносных песков. В этом случае установка осна- щается отсадочными машинами и носит наименование ПКБО
ТОК-200 Наиболее крупная и производительная установка из числа се- рийно изготавливаемых. Предназначена для промывки очень больших объемов на одной стоянке. Практически используется только как полустационарная установка. Возможна промывка песков, содержащих металл любой крупности. Как и ПКБШ, может изготавливаться в двух модификациях — со шлюзами и с отсадочными машинами
Примечания: 1. Номинальная производительность всех установок определена для промывки песков средней промывистости. 2. Землесосно-шлюзовые установки могут быть оборудованы одно- и двухстади- альной технологическими схемами обогащения. В последнем случае установки можно использовать для промывки богатых песков, даже содержащих мелкий металл. Удобство подобных установок заключается в том, что они практически могут быть установлены на любом расстоянии от разрабатываемого объекта, в связи с чем об- легчается использование рельефа поверхности для размещения отвала хвостов про- мывки, и может быть упрощена схема оборотного водоснабжения.
Выбор места расположения промывочной установки зави-
сит прежде всего от конфигурации и размеров приборного по-
ля. Понятие «приборное поле» означает участок месторожде-
ния, пески которого будут промываться на одной стоянке про-
633
мывочной установки. Иногда вместо «приборного поля» упот-
ребляют термин «полигон» Однако последний термин имеет бо-
лее широкое значение. Размеры приборного поля зависят от
ряда факторов, прежде всего от размеров самого месторожде-
ния. Возможно, что небольшое месторождение станет одним
приборным полем, но допустим и другой вариант. Большое
россыпное месторождение разделяют на несколько приборных
полей. Размеры поля могут также зависеть от мощности пласта
песков, производительности промывочной установки и добыч-
ного механизма. Этот вопрос по-разному решается для разра-
ботки талых и мерзлых россыпей. Поскольку основной маши-
ной на разработке песков является бульдозер, то во многих
случаях решающее значение при выборе размеров поля приоб-
ретает стремление к минимальной длине бульдозерного транс-
портирования песков к загрузочному бункеру промывочной ус-
тановки. При разработке мерзлых россыпей, как уже указыва-
лось, размеры поля должны обеспечить нормативную загрузку
и промывочной установки, и обслуживающих ее бульдозеров.
В результате практических и научных исследований вырабо-
таны рекомендации по размерам приборного поля для промы-
вочных установок различного типа. Выбор места расположения
промывочной установки зависит, кроме того, от конфигурации
приборного поля (полигона) и ряда других факторов, которые
необходимо принимать в расчет при решении этого вопроса:
• промывочная установка должна быть размещена на та-
ком уровне, чтобы можно было разместить все отвальные хво-
сты, по возможности без их дополнительной разваловки;
• целесообразно всегда использовать рельеф поверхности,
с тем чтобы хвосты промывки были размещены в естественных
понижениях рельефа или в старых выработках;
• должно быть обеспечено максимальное удобство для ор-
ганизации оборотного водоснабжения и размещения отстойников;
• расстояние транспортирования песков к загрузочному
бункеру должно быть по возможности минимальным.
Последнее требование соблюдается, когда загрузочный бун-
кер расположен в центре разрабатываемого поля или же на ли-
нии, разделяющей его на две равные по площади фигуры.
На рис. 11.6 показан характерный случай: промывочная ус-
тановка размещена в отвале вскрышных пород (на бульдозер-
ном отвале).
634
Рис. 11.6. Схема промывочной установки, смонтированной на отвале бульдо-
зерной вскрыши:
J — загрузочный бункер; 2 — конвейер; 3 — скруббер; 4 — шлюз; 5 — консольный от-
валообразователь
Рис. 11.7. Схема расположения двух промывочных установок для промывки
песков крупного полигона:
1 — объединенный загрузочный бункер; 2 — конвейеры; 3 — скрубберы; 4 — шлюзы;
5 — галечные отвалы; 6 — эфельные отвалы; 7 — консольные отвалообразователи; 8 —
общий доводочный канал
2
Рис. 11.8. Гидроэлеваторный промывочный прибор ГЭП-64:
1 — гидроэлеватор; 2 — бункер; 3 — вашгердный лоток; 4 — пульпопровод; 5 —- го-
ловная секция шлюза; 6 — линейная секция; 7 — приставка шлюза; 8 — водопроводная
магистраль; 9 — задвижки; 10 — пульт управления; 11 — гидромониторы; 12 — струй-
ный насос
На рис. 11.7 две мощные промывочные установки объеди-
нены одним приемным бункером и едиными системами водо-
снабжения и отвалообразования. Они вместе образуют полу-
стационарную установку для промывки песков значительного
по размерам и запасам участка россыпного месторождения.
На рис. 11.8 изображен гидроэлеваторный промывочный
прибор, предназначенный для выполнения некоторых техноло-
гических операций при бульдозерно-гидравлической разработ-
ке россыпных месторождений.
Глава 12
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ
ИСПОЛЬЗОВАНИИ МНОГОЧЕРПАКОВЫХ ДРАГ
12.1. Условия применения многочерпаковых драг
Главные преимущества дражной разработки россыпи за-
ключаются в высокой производительности, законченности ци-
кла работ, поточности технологии и возможности централиза-
ции управления. Указанные преимущества обеспечивают высо-
кий уровень производительности труда, небольшую численность
обслуживающего персонала и, как следствие, невысокую себе-
стоимость добычи полезного ископаемого. Именно эти обстоя-
тельства и предопределили широкое распространение дражной
разработки. Но в этих же преимуществах кроятся и главные не-
достатки способа: громоздкость и большая стоимость обору-
дования, трудоемкость его перевозок и монтажа на месте. По-
этому для организации дражной разработки необходимы очень
большие первоначальные затраты (капиталовложения). Чтобы
обеспечить погашение этих затрат, нужны месторождения, обе-
спечивающие достаточно продолжительную работу драги. Од-
нако это только одно из условий возможности и целесообраз-
ности применения дражной разработки. Сама россыпь должна
отвечать определенным требованиям. Например, ширина рос-
сыпи должна быть не менее определенной величины. Глубина
залегания россыпи должна быть не больше (и не меньше) необ-
ходимой для данного типа драг (табл. 12.1 и 12.2). Необходимо
поддерживать постоянный уровень воды в дражном забое, по-
этому желательно, чтобы породы не отличались слишком боль-
шой водопроницаемостью.
Все эти обстоятельства и определяют возможность приме-
нения дражной разработки. Но вместе с тем в каждом конкрет-
ном случае технико-экономическая эффективность дражной раз-
работки должна определяться сравнением с другими способами
разработки, возможными в данных условиях.
Существенным недостатком дражной и вообще подводной
разработки является невозможность контроля за потерями и
полнотой выемки песков. Контроль осуществляется по косвен-
637
ным показателям и не может быть достоверен. Известны слу-
чаи, когда потери песков при дражной разработке превышают
25—30 %. И хотя при планировании потерь и в отчетах часто
указывают потери в размере 10—15 %, в действительности они
значительно больше. Недоработки остаются в почве забоя, в
бортах выработки, межшаговых и межходовых целиках, про-
сыпях из черпаков. Очень большое значение в этом случае при-
обретают технологическая дисциплина и строгое соблюдение
проектных параметров. К сожалению, во многих случаях имен-
но из-за невыполненных этих требований и возрастают потери.
Таблица 12.1
Параметры россыпей, обеспечивающие благоприятные
условия для ведения дражных работ
Вмести- мость чер- пака дра- ги, л Мощность россыпи без учета выемки торфов, м Допусти- мый уклон долины Минималь- ный при- ток свежей воды в дражный разрез, л/с Макси- мальный размер ва- лунов в рос- сыпи, мм
общая над- водная подводная
макси- маль- ная минимальная при эксплуа- тации
летом зимой
80 7 1 6 2,4 2,9 0,025 50 300
150 10—11 2 &—-9 2,6 3,4 0,02 100 400
250 15,5 3,5 12 3,3 4,2 0,015 150 600
380 34 4 30 4,8 5,6 0,01 200 700
400 19 2 17 4,7 5,6 0,01 200 800
600 60 10 50 5,7 7 0,01 250 1000
Примечание. При разработке россыпи с искусственным подтопом (вскрытие пло-
тинами, перевалками) предельный уклон долины устанавливается проектом.
Наконец, подводный способ разработки весьма энергоемок.
При драгировании расход электроэнергии на 1 м3 перерабаты-
ваемой горной массы составляет до 2—2,5 кВт • ч. При этом не
учтены расходы на оттаивание мерзлых пород при разработке
многолетнемерзлых россыпей. Учитывая, что средняя драга за
сезон в благоприятных условиях перерабатывает до 1 млн м3,
можно определить необходимую для нее трансформаторную
мощность.
Современная драга — сложный цельнометаллический агре-
гат, работающий чаще всего на электроэнергии, оснащенный
специальным добычным оборудованием, имеющий механизм
свободного маневрирования в забое, обогатительное оборудо-
вание и устройства для отсыпки отвалов.
638
Таблица 12.2
Условия применения драг различных типов
Вместимость черпака дра- ги, л Минимальная ширина разре- за, м Максимальная высота надвод- ного борта, м Запасы горной массы в россы- пи, млн м Необходимая обеспеченность ра- боты драги, годы
Драги средней глубины черпания
50—100 15—40 0,5 0,5—0,8 До 5
150 50 0,5—2,5 3—5 8—10
210 50 1,5-4 12—15 10—12
250 60—70 3 12—15 12—15
380 70—75 2,5—5 18—23 (2——15
Драги глубокого черпания
380 90 5—-6 18—23 12—15
600 110—120 До 10 30 15—25
По назначению и особенностям конструкции драги разде-
ляют на два основных класса — континентальные и морские.
Для континентальных многочерпаковых драг характерно на-
личие основных частей, изображенных на рис. 12.1. Основные
типы драг, работающих на предприятиях нашей страны, и их
краткие характеристики приведены в табл. 12.3, их конструк-
тивные размеры — в табл. 12.4.
Таблица 12.3
Техническая характеристика отечественных драг
Показатель 80Д 150Д 250Д ОМ-431м ОМ-417 600Д
Вместимость черпака, л Размеры понтона, м: 80 150 250 380 400 600
длина 24 36 42,8 62 52,8 112,8
ширина 12 17 18,8 24 24 32,6
Высота борта, м 2,25 2,6 3 3,5 3,8 5
Средняя глубина осадки драги в рабочем состоянии, м 1,75 1,8 2 2,7 2,9 3,7
Масса, т 390 912 1394 3252 2815 10331
Максимальная мощность рос- сыпи, отрабатываемая драгой, м 7 1 15,5 30 19 60
Общая установленная мощ- ность электропривода, кВт 800 1082 2110 2015-2233 7300
639
Рис. 12.1. Основные конструктивные параметры драги:
Т — длина галечного отвалообразователя; г — радиус нижнего черпанного барабана
(НЧБ) по кромкам черпаков; ств и ст» — углы черпаковой рамы относительно горизон-
тальной поверхности в верхнем и нижнем положении соответственно; Э — ширина но-
совой части понтона; Ш — ширина понтона; М — расстояние между осями свай; /С —
длина эфельиых колод; А — длина черпаковой рамы; Б — высота установки; Д — дли-
на понтона; О — средняя осадка понтона; Г — расстояние от носа понтона до верти-
кальной оси верхнего барабана; Ю — расстояние от оси понтона до оси свай; б —
средняя высота надводного борта; h — высота понтона
Конструктивные размеры драг
Таблица 12.4
Параметр Принятое обозначение 80Д 150Д 250Д 250ДУ 600Д ОМ- 401 ОМ- 417
Вместимость черпака, л Е 80 150 250 250 600 380 400
Наибольшая подвод- ная глубина черпака, м 6 8—9 12 12 50 30 17
Радиус черпания на нижнем барабане, м г М 1.4 1,7 1,8 2.4 2,1 2,1
Длина черпаковой ра- мы между осями ба- рабанов, м А 17 20,7 21,7 21,5 92 58 41
Высота установки от верхнего барабана над палубой понтона, м Б 6,5 9,4 10,8 Н,2 16 12,1 13
640
Окончание табл. 12.4
Параметр Принятое обозначение 80Д 150Д 250Д 250ДУ 600Д ОМ- 401 ОМ- 417
Расстояние от носа пон- тона до вертикальной оси верхнего бараба- на, м Г 9,6 14,4 19,2 21 67,2 30,6 24
Длина понтона, м д 24 36 42,8 46,8 112,8 62 52,8
Средняя осадка пон- тона, м О 1,7 1,8 2 2,5 2,7 2,7 2,5
Средняя высота над- водного борта, м б 0,5 0,8 1 0,8 1,3 0,8 0,9
Расстояние от оси пон- тона до оси свай, м ю 0,7 0,96 0,95 1,4 1,75 1,2 1,5
12.2. Способы вскрытия россыпей
При проектировании дражной разработки выбор способа
вскрытия россыпи и связанного с ним места строительства драги
требует тщательного обоснования. Строительно-монтажная пло-
щадка выбирается с учетом возможного использования сущест-
вующих коммуникаций. Выбор строительной площадки и места
заложения выработок или сооружений (котлована, плотины) це-
лесообразно осуществлять с учетом максимального содержания
разведанного полезного ископаемого на участке, что позволит с
первых же лет освоить россыпь при наиболее благоприятных
экономических условиях, обеспечивающих возможность в крат-
чайший срок погасить основную часть капитальных затрат.
Вскрытие россыпи предопределяет важнейшие особенности
технологии разработки и заключается в проведении специаль-
ных горных выработок (котлованов) или строительстве гидро-
технических сооружений (плотин, перевалок), обеспечивающих
возможность размещения драги в рабочем (плавучем) состоя-
нии на горизонте залежи и доступа к промышленным пескам.
Различают следующие способы вскрытия: вскрытие котло-
ваном в пойме; вскрытие котлованом с глубокой задиркой пло-
тика; вскрытие котлованом на увале; вскрытие котлованом с
водопонижающей канавой; вскрытие плотинами; вскрытие пе-
ремычками; независимое вскрытие горизонтов с использовани-
ем
ем котлованов, перемычек, плотин. При первых пяти способах
россыпь разрабатывается одним уступом на полную мощность.
Независимое вскрытие предопределяет разработку россыпи дву-
мя или тремя отдельными уступами, из которых каждый вскры-
вается самостоятельным способом. Принятый порядок разме-
щения выработок и сооружений вскрытия определяет последо-
вательность подхода драги к отдельным участкам россыпи, т. е.
обусловливает направление ее последующей разработки. Поэто-
му при всех способах вскрытия (за исключением вскрытия пе-
ремычками) различают следующие разновидности: вскрытие, при
котором разработка россыпи принята вверх по долине; вскры-
тие, при котором разработка россыпи принята вниз по долине;
вскрытие со смешанным направлением разработки россыпи.
Наибольшее применение нашли способы вскрытия котло-
ваном и плотинами при различном их расположении относи-
тельно элементов долины и уровня воды в реке.
Вскрытие котлованом. При этом способе работы по вскры-
тию состоят из проходки котлована и последующего его расшире-
ния и углубления драгой до плотика. Вскрытие котлованом целе-
сообразно применять в следующих условиях: на россыпях с отно-
сительно равномерным распределением металла, имеющих один
четко выраженный и разобщенные пласты песков или металло-
носные пропластки, близко расположенные к поверхности; на рос-
сыпях, залегающих в заболоченных поймах рек; на глубоких и сред-
ней мощности долинных россыпях с небольшим подъемом плоти-
ка и поверхности в сторону увалов долины при отсутствии на них
резких возвышений и высоких отвалов; на русловых россыпях.
Котлован, образующий первоначальный разрез, может быть
пройден в различных местах россыпи. Расположение котлована
в нижней части россыпи и последующая ее разработка по вос-
станию создают, как правило, более благоприятные условия
для эксплуатации драги и для отработки всей россыпи. В этом
случае значительно упрощается процесс осветления воды и во-
доснабжения, так как сокращается утечка воды из разреза (осо-
бенно на россыпях, имеющих старые подземные выработки) и
появляется возможность регулирования утечки воды путем со-
оружения перемычек. Кроме того, при разработке россыпи по
восстанию уменьшается естественная засоренность воды в раз-
резе, устраняется возможность подыливания забоя глинистыми
642
хвостами и накопления шуги и льда в осенний период, так как
встречный водный поток интенсивно выносит древесные остат-
ки, различные взвеси и шугу, благодаря чему облегчается рабо-
та драги в разрезах, удаленных от русла реки. По этим причи-
нам при разработке россыпи вверх по долине обеспечивается
некоторое повышение производительности драг и уменьшение
себестоимости 1 м3 песков. Однако на очень водоносных рос-
сыпях с уклоном долин менее 0,2 % и при средней или большой
подводной мощности наносов преимущества разработки по
восстанию становятся менее ощутимыми.
При разработке россыпи вниз по долине несколько умень-
шается утечка воды из разреза (особенно на каменистых рос-
сыпях со значительным уклоном). Кроме того, при постройке
плотин все подплотинные целики могут быть отработаны дра-
гой и потери песков значительно уменьшаются. Такой порядок
отработки русловых россыпей существенно облегчает работу
драг в осенне-зимний период, так как представляется возмож-
ным отгораживать разрез дражными отвалами и задерживать
проникновение в него шуги, а в предпусковой весенний период
он упрощает работы по удалению из разреза льда.
Наибольшее применение на приисках получило расположе-
ние котлована в нижней части россыпи. На крупных водоносных
россыпях, которые предполагается разрабатывать несколькими
драгами, часто две драги собирают на одной строительно-мон-
тажной площадке. В таких случаях котлован проходится в сред-
ней части россыпи. При этом одна драга разрабатывает часть
россыпи по восстанию, а другая — часть россыпи по падению.
При выборе места строительства драги необходимо всесто-
ронне учитывать местные условия, способствующие более эф-
фективному освоению россыпи, и стремиться к уменьшению за-
трат на транспортирование оборудования и материалов к мес-
ту строительства путем расположения сборочной площадки
ближе к путям сообщения, на проходку вскрывающих вырабо-
ток или возведение сооружений (максимально используя рель-
еф местности, естественные его складки или старые горные вы-
работки), на строительство жилого поселка, бытового комплек-
са, мастерских, линий электропередачи и других коммуникаций
(за счет более полного использования имеющихся вблизи дей-
ствующих объектов), на сооружение плотин, задирку плотика,
оттаивание многолетней мерзлоты и др. При этом котлованы и
643
водозаборные устройства должны располагаться таким обра-
зом, чтобы обеспечивались незатопляемость строительно-мон-
тажной площадки во время паводка и отработка участков рос-
сыпи с наиболее высоким содержанием ценного компонента в
первые годы работы драги.
Россыпи, которые можно вскрыть только одним способом,
встречаются редко. Доступ к определенным площадям россыпи
может быть достигнут различными способами. При каждом
способе требуются разные затраты и обеспечивается различное
извлечение ценного компонента, а также различная производи-
тельность драги. Поэтому выбор места заложения котлована, а
также вскрывающих выработок и сооружений должен произ-
водиться путем всестороннего технико-экономического анали-
за всех вариантов. При этом предпочтение отдается наиболее
эффективному из них. Если условия залегания россыпи не по-
зволяют ясно выявить преимущества того или иного способа
вскрытия, то сопоставление вариантов необходимо произво-
дить по всем основным показателям, т. е. по абсолютным и
удельным затратам, годовой производительности драги по гор-
ной массе и металлу, себестоимости 1 м3 песков и 1 г металла.
При вскрытии котлованом россыпь разрабатывается с ва-
ловой выемкой всех пород. Это приводит к увеличению загряз-
ненности воды дражного разреза. Такой способ вскрытия целе-
сообразно применять при наличии на разрабатываемой пло-
щади отвалов переработанных ранее пород. При вскрытии кот-
лованом возможность подхода драги к горизонтам залежи оп-
ределяется максимальной надводной высотой борта разреза и
минимальной подводной глубиной черпания. Поэтому конст-
руктивные размеры драги должны увязываться с элементами
залегания россыпи.
Если подводная глубина россыпи недостаточна, то приме-
няется вскрытие с глубокой задиркой плотика. Задирка плоти-
ка вызывает разубоживание песков и снижает производитель-
ность драги, однако при этом не увеличивается загрязнение
сточных вод. Способ вскрытия котлованом на увале применя-
ется при разработке террасовых и древних (погребенных) рос-
сыпей, расположенных на водоразделах. Применение его свя-
зано с подачей в разрез воды насосами и оставлением предо-
хранительного целика.
644
При вскрытии россыпи котлованом его размеры в плане
должны обеспечивать возможность разворота понтона на 180°
в процессе монтажа драги и свободное маневрирование ее при
переходе к добычным работам. Глубина должна обеспечивать
нормальное всплывание понтона при меженном уровне воды в
долине, удаление городков стапеля из-под днища и последую-
щую безопасную углубку разреза драгой. Размеры котлована
определяются по следующим формулам, м:
длина котлована (по дну)
'«=* (12-1)
ширина котлована (по дну)
Ьк=^д2+Ш2 +2l6i (12.2)
глубина котлована
(12.3)
где RK — радиус черпания драги на уровне дна котлована, м,
Лк=Д + 7О-Г + ^(Л + г)2-(5 + Лп+Лс+7г)2 , (12.4)
где Д — длина понтона, м; Ю — расстояние от кормы понтона
до оси свай, м; Г— расстояние от носа понтона до оси верхнего
черпакового барабана, м; А — длина черпаковой рамы между
осями верхнего и нижнего черпаковых барабанов, м; г — радиус
резания пород на нижнем черпаковом барабане, м; Б — высота
установки верхнего черпакового барабана над палубой понтона,
м; hn — высота бортов понтона, м; Ш — ширина понтона в кор-
ме, м; /х — длина хвостовых колод, м; k — безопасный зазор ме-
жду понтоном и бортом котлована (/б = 1,5*3 м); Н\ — высота
надводного борта россыпи, м; h'K — глубина котлована ниже
уровня воды в долине, м; hQC — высота осадки понтона, м; hc — вы-
сота стапеля (hc - 0,9*1 ,2 м); /г — запасная глубина (/г = 0,5*0,8 м).
Угол заложения откосов котлованов обычно принимают
равным 45°.
Объем котлована, м3,
К =lKbKhK. (12.5)
645
При сборке понтона драги на поверхности россыпи с при-
менением спусковых устройств (склизней) котлован проходят
меньшей глубины. Зазор между днищем понтона (на плаву) и
нижней плоскостью котлована должен быть в пределах 1—1,7 м
(в зависимости от мощности драги). Размеры котлована для
вскрытия россыпи и строительства драг различной мощности
приведены в табл. 12.5.
Для сборки и монтажа понтона вместо спусковых устройств
может применяться вспомогательный котлован, представляю-
щий собой прирезку, примыкающую уступом к основному кот-
ловану. По размерам он несколько больше понтона и располо-
жен в зоне действия монтажного крана. Глубина его равна 0,6—
0,7 глубины основного котлована. На уступе сооружается ста-
пель и производится сборка понтона, по завершению которой
котлован затопляется и происходит естественное всплытие пон-
тона. После этого понтон переводится в основной котлован,
где завершается сборка драги до полной ее готовности. Такая
технология монтажа позволяет существенно упростить органи-
зацию, удешевить и ускорить строительство драги (рис. 12.2).
Проходка основного и вспомогательного котлованов осу-
ществляется экскаватором в комплексе с автосамосвалами.
Длина зарезки, м, при выходе драги на россыпь из котло-
вана
I
ctgy,
(12.6)
где уз — угол зарезки драги (у3= 74-13°); hp — мощность отло-
жений в месте зарезки драги, м (рис. 12.3).
Объем выработки углубки, м3,
ук 6siny3siny0
X ’(/>;+ьг) h,+(Z,;+ь,) h, + 7м, ft H) (*;+*<)
(12.7)
где y0 — угол откоса забоя (y0 = 404-60°); b'p и bp— ширина за-
боя драги соответственно по поверхности и по плотику россы-
пи, м; Ь'к и Ьк — ширина котлована соответственно по поверх-
ности и по дну, м.
646
Рис. 12.2, Схема вскрытия россыпи котлованом:
1 и 2 — соответственно основной и вспомогательный котлованы; 3 — водопроводящая
канава; 4 — водоподпорная дамба; 5 — стапель для сборки понтона; 6 —- драга; 7 —
контур промышленных запасов; 8 — граница углубки забоя до плотика россыпи; 9 —
рыхлые отложения; 10 — плотик россыпи
Вскрытие россыпи плотинами. В этом случае сборка драги
осуществляется на поверхности россыпи ближе к увальной час-
ти долины (рис. 12.4). Для сборки понтона устраиваются спе-
циально спланированные площадки, размеры которых приве-
дены в табл. 12.5.
647
3
2
Рис. 12.3. Схема к расчету длины зарезки:
1 и 2 — границы выемки по плотику и поверхности россыпи; 3 — котлован; 4 — рых-
лые отложения; 5 — плотик; Ак — глубина котлована; Ар — мощность рыхлых отложе-
ний; /з — длина зарезки; у3— угол зарезки драги, градус; у0 — угол откоса забоя, градус
Таблица 12.5
Размеры котлованов и сборочных площадок
Показатели Драги
80Д 150Д 250Д, 250ДМ ОМ-431м ОМ-417 600Д
Вместимость черпака, л Размеры понтона, м: 80 150 250 380 400 600
длина 24 36 42,8 62 52,8 112,8
ширина 12 17 18,8 24 24 32,6
высота борта 2,25 2,6 3 3,5 3,8 5
глубина осадки драги в рабочем состоянии, м Размеры первичного кот- лована при вскрытии рос- сыпи котлованом, м: 1,75 1,8 2 2,7 2,9 3,7
длина 40 50 60 97 70 145
ширина 30 40 50 75 60 120
глубина ниже уровня во- ды Размеры сборочной пло- щадки при вскрытии рос- сыпи плотинами, м: 2,4 2,6 3,3 4,3 4,7 5,7
длина 60 70 90 130 100 190
ширина 50 60 75 95 80 140
Уровень подъема воды над площадкой (минимальный) 2,9 3,4 4,2 5,1 5,6 7
648
Первоначальный разрез для работы драги создается путем
сооружения плотины, перегораживающей долину реки, и подъ-
ема уровня воды выше меженного горизонта на 2—11 м. Вслед-
ствие этого обеспечивается свободный доступ драги к площа-
дям с возвышенным плотиком, который может располагаться
значительно выше уровня воды в долине. Кроме того, создают-
ся благоприятные условия для отработки участков россыпи со
значительной надводной мощностью. Плотины состоят из зем-
ляной насыпи и деревянного водослива для регулирования подъ-
ема уровня воды. Высота подъема драги и уровня воды в доли-
не принимается максимальной по условиям осадки понтона и
параметров отвального оборудования. Необходимая высота, м,
подъема воды для обеспечения доступа к промышленным пло-
щадям по разведочной линии определяется по формуле
h -\Н , + Н„) - Z sin а
в \ м д/ д
(12.8)
где Ям — высота подъема воды плотиной относительно межен-
ного уровня, м; Яд — высота дополнительного подъема от
подпора воды на протяжении расстояния доступа, м; £д — рас-
стояние, на которое обеспечивается доступ драге, м,
Z = (Яи + Я - й )/ sin а ,
д х м д В / ’
(12.9)
где а — угол падения долины, градус.
Длина зарезки драги, м, при вскрытии плотиной
Объем выработки углубки, м3,
Плотины могут успешно использоваться как на маловод-
ных, так и на многоводных россыпях при секундном расходе
воды в реке от 15 л до 400 м3. При небольшой ширине поймы и
больших углах откосов увалов целесообразно строить более вы-
сокие плотины. Уклон долины не влияет на рациональную вы-
соту подъема воды, однако он в значительной степени предо-
пределяет расстояние доступа. Чем больше уклон долины, тем
при прочих равных условиях на меньшее расстояние будет
обеспечен доступ драг к промышленным площадям россыпи.
Высота и число сооруженных на одной россыпи плотин влияют
на затраты по их возведению. С увеличением высоты плотины
объем земляных работ и затраты на укладку тела плотины воз-
растают. Однако суммарные и удельные затраты на сооружение
водосливов и освоение строительных площадок при этом умень-
шаются. При значительных затратах на сооружение водослива
(вследствие большой водоносности реки и трудоемкости его
строительства), а также при уменьшении затрат на 1 м земляных
работ целесообразно применять более высокие плотины, чтобы
число их на россыпи было минимальным.
Для удешевления строительства плотин следует стремиться
к тому, чтобы они располагались на линиях, требующих для
обеспечения доступа максимальной высоты подъема драги, а
разведочные линии, на которых необходима максимальная вы-
сота подъема, должны быть выше плотины и возможно ближе к
ней. Проектные размеры тела плотины зависят от физико-меха-
Рис. 12.4. Схема вскрытия россыпи плотинами:
1 — сборочная площадка; 2 — драга; 3 — уровень воды в реке; 4 — необходимый уро-
вень подъема воды; 5 и б — контур промышленных запасов соответственно по плотику
и поверхности россыпи; Пл.О, Пл.1, Пл.З — водоподпорные (вскрывающие) плотины с
регулируемым водосливом; 5./, Б.2 — буровые разведочные линии
650
нических свойств отсыпаемых пород и высоты подъема воды
на плотине. Земляное тело плотины отсыпается бульдозерами,
колесными скреперами, экскаваторами и в комплексе с автоса-
мосвалами и гидравлическим способом.
Наибольшее применение на приисках нашел деревянный
водослив с щитовым затвором и ряжевыми устоями на свайном
основании с двумя шпунтовыми рядами по внешней линии по-
нура или на скальном основании. При сроке службы плотин до
года применяются водосливы стоечно-обшивочного типа с об-
легченными устоями.
Порядок расчета и применения земляных плотин различных
типов и организация работ по их строительству регламентиру-
ются действующими Строительными нормами и правилами.
С целью создания достаточного количества вскрытых запа-
сов строительство плотин на талых россыпях следует произво-
дить с опережением на 3—12 мес. Запаздывание в сооружении
плотин, как правило, приводит к необходимости применения
глубокой задирки плотика или строительства перемычек, что
снижает эффективность разработки россыпи и вынуждает ос-
тавлять в бортах целики с промышленным содержанием ценно-
го компонента. На многолетнемерзлых россыпях при естест-
венном оттаивании пород путем затопления полигона водой
плотины следует сооружать с большим опережением, чтобы к
моменту подхода драги мерзлота на участках подтока успела
полностью оттаять.
Применение плотин позволяет более полно отрабатывать
промышленные запасы, так как в этом случае могут быть до-
полнительно освоены площади полигона с малой подводной глу-
биной россыпи и плотиком, возвышающимся на 2—6 м выше
меженного уровня воды в реке, а также площади с надводной
мощностью россыпи до Юм. Подъем уровня воды значительно
облегчает выемку песков с бортовых площадей, так как при
этом уменьшаются величина врезания драги в увалы и объем
задирки плотика. Кроме того, при возведении плотин часть по-
верхности полигона затопляется и глубина промерзания в зим-
нее время уменьшается, а при наличии многолетнемерзлых уча-
стков интенсивность их оттаивания увеличивается. Это вызы-
вает увеличение коэффициента наполнения черпаков и средне-
сезонной производительности драги. Увеличивается также про-
должительность сезона добычных работ, так как затопление
651
значительных площадей облегчает зимнюю эксплуатацию дра-
ги (особенно когда в реке мало воды). При хорошей организа-
ции работ уменьшаются простои, связанные с переносом ма-
невровых канатов и силового кабеля, и засоренность техноло-
гической воды, а коэффициент извлечения металла при обога-
щении возрастает, что в большинстве случаев обеспечивает
снижение себестоимости полезного ископаемого.
12.3. Системы разработки россыпей
12.3.1. Выбор и обоснование системы разработки
Система разработки определяет организацию, порядок и на-
правление ведения работы драгой. Главными отличительными
признаками системы разработки являются число одновременно
действующих забоев в разрезе одной драги и необходимость
оставления целиков с целью уменьшения эксплуатационных за-
трат. Подчиненным отличительным признаком системы разра-
ботки является принятое перемещение рабочего борта разреза
относительно оси долины (поперек или вдоль нее). Различают
следующие системы разработки.
1. Системы разработки с одинарным забоем (с узким разре-
зом): одинарно-продольная и одинарно-поперечная (рис. 12.5).
2. Системы со смежными забоями (двумя и более) — систе-
мы с широким разрезом: смежно-продольная, смежно-попереч-
ная (рис. 12.6).
3. Системы разработки с оставлением целиков: продольная
и поперечная с оставлением целиков (рис. 12.7).
На приисках применяются различные сочетания систем раз-
работки, позволяющие в определенных условиях освоить рос-
сыпь с наибольшим эффектом. При применении систем разра-
ботки со смежными забоями подвигание каждого из них долж-
но чередоваться в такой последовательности, чтобы драга име-
ла возможность свободного перехода из одного смежного за-
боя в другой. В связи с этим В.Г. Пешковым предложена следу-
ющая формула для определения опережения смежного забоя, м:
MV'jMvO.+U (12.12)
где Lp — длина черпаковой рамы, м; гр — радиус резания пород
на нижнем черпаковом барабане, м; Лб — высота установки
652
верхнего черпакового барабана над палубой понтона, м; hn —
высота сухого борта понтона, м; Ln — расстояние от начала
(носа) понтона до оси верхнего черпакового барабана, м; /без—
безопасный зазор между нижним краем черпаковой рамы (ко-
зырьком черпака) и поверхностью откоса забоя (/без = 0,44-0,8 м).
Каждая из отмеченных выше систем разработки имеет свои
достоинства и недостатки. Условия применения каждой систе-
мы разработки должны обеспечивать наилучшие показатели вы-
емки песков. Так, при одинарно-поперечной системе разработки
драга производит выемку продуктивных пород только в одном
забое, подвигание которого осуществляется поперек долины.
После завершения одного хода до границы контура промыш-
ленных запасов драга начинает новую заходку. Для этого она
делает два разворота на 90° и отрабатывает новую заходку в
обратном направлении. Такой порядок отработки не только
упрощает эксплуатацию драги и организацию выполнения бе-
реговых работ (не требует сложных схем разноски бортовых ма-
невровых канатов, растяжек и закладки «мертвяков», облегчает
Рис. 12.5. Схемы одинарно-поперечной (а) и одинарно-продольной (б) систем
разработки россыпей с узким разрезом:
I—/— XII—XII — буровые разведочные линии; 1 — промышленный контур полигона;
2 — границы одинарного забоя
653
Рис. 12.7. Схема системы разработки россыпи с оставлением целиков:
1 — промышленный контур полигона; 2 — целик; Z, II, III— поперечные ходы драги
Рис. 12.6. Схемы смежно-продольной (а) и смежно-поперечной (б) систем раз-
работки россыпей с широким разрезом:
/——буровые разведочные линии; 1 — промышленный контур полигона; 2
— граница смежного хода; 3 — граница смежного забоя
доставку на драгу необходимых материалов и топлива, создает
условия для строительства плотин и борьбы с шугой), но и
обеспечивает наиболее полную выемку песков, выявленных за
контуром полигона, нанесенным приближенно из-за недоста-
точной разведанности россыпи. Применение этой системы раз-
работки предпочтительно на широких россыпях (шириной 200 м
и более), где развороты драги приходится делать редко.
654
При одинарно-продольной системе разработки выемка по-
род осуществляется драгой также в одном забое, который пе-
ремещается вдоль долины. В этом случае узкие россыпи отра-
батываются одним ходдм, а широкие — несколькими ходами.
Одинарные ходы принимаются оптимальной ширины, чтобы
обеспечить высокую производительность драги и сохранить при-
нятое направление отработки россыпи относительно падения
долины. Для россыпей с выдержанной шириной контуров чис-
ло одинарных продольных ходов устанавливается из условия
создания благоприятных условий для высокопроизводительной
эксплуатации драги и ее демонтажа (при завершении разработ-
ки данной россыпи) нц участке с освоенными транспортными
связями. Данная система разработки позволяет аналогично
одинарно-поперечной системе упростить организацию очист-
ных и вспомогательных работ по маневрированию драги, убор-
ке льда и водоснабжению разреза. Однако на широких участ-
ках полигона возникает возможность потерь песков в межходо-
вых целиках, осложняются выявление и отработка законтурных
площадей с промышленным содержанием и увеличивается объ-
ем работ по наращиванию линий электропередачи, связи и подъ-
ездных путей.
При системах разработки со смежными забоями драга про-
изводит выемку пород последовательно в одном из 2—5 смеж-
но расположенных забоев, каждый из которых подвигается со
строго ограниченным опережением по отношению к забою, под-
лежащему очередной отработке. Последовательность разворо-
тов драги на 90° и порядок нарезки забоев при изменении на-
правления первоначальных ходов осуществляется так, как по-
казано на рис. 12.7. При системах разработки со смежными за-
боями общая ширина дражного разреза слагается из суммар-
ной длины нескольких одинарных забоев, рабочие параметры
каждого из которых с точки зрения обеспечения условий высо-
копроизводительной работы драги должны соответствовать ра-
циональным размерам с учетом исключения потерь песков в
межзабойных (межходовых) целиках и сокращения разубожи-
вания их в процессе выемки.
Работа драги в смежных забоях сопряжена с рядом техни-
ческих трудностей, так как в этом случае общая ширина драж-
ного разреза значительно увеличивается. Так, для перемещения
драги из одного забоя в другой и выемки пород в каждом из
655
рабочих забоев драга должна быть оснащена всеми четырьмя
канатами, длина которых должна обеспечивать нормальное ма-
неврирование драги в разрезе большой ширины. Значительно
усложняется организация береговых работ по разноске и креп-
лению береговых растяжек и «мертвяков», по переноске и раз-
мещению в разрезе (особенно в осенне-зимних условиях) высо-
ковольтного берегового кабеля и подвесной линии связи, а так-
же резко возрастает объем льдоуборочных работ. Кроме того,
при системах со смежными забоями затрудняется выемка пес-
ков, выявленных за границей промышленного контура, и ус-
ложняется сооружение водоподпорных перемычек по дражным
отвалам вследствие наличия между ними протоков и повышен-
ной фильтрации. Поэтому не следует применять системы раз-
работки с числом смежных забоев более 2—3, если это не вызы-
вается особыми горно-геологическими условиями отдельных
участков россыпи.
Системы разработки с оставлением целиков применяются
весьма редко, что объясняется значительными потерями песков
в межходовых целиках. Они применяются в условиях, когда ос-
тавление целиков позволяет существенно уменьшить дополни-
тельные затраты на удержание воды в разрезе либо создать
другие важные технологические преимущества.
Выбор наиболее рациональной системы разработки должен
производиться на основании тщательного технико-экономиче-
ского анализа рассматриваемых вариантов с учетом комплекса
факторов, влияющих на эффективность применения каждой си-
стемы разработки в конкретных условиях.
Добычные работы на дражных разработках являются за-
ключительной стадией комплекса горных работ, связанных с
промышленным освоением россыпи. Так как технологический
процесс выемки полезного ископаемого носит поточный харак-
тер и все операции выполняются одной машиной — драгой, то
добычные работы оказывают решающее влияние на показатели
разработки. Поэтому добычные работы должны быть организо-
ваны таким образом, чтобы обеспечивались максимальная про-
изводительность драги, требуемая полнота извлечения промыш-
ленных запасов (при минимальном разубоживании полезного
ископаемого) и минимальные затраты на разработку россыпи.
В процессе производства добычных работ драга осуществ-
ляет выемку продуктивных пород (песков), их подъем к промы-
656
вочно-обогатительному оборудованию, промывку и извлечение
ценных компонентов, а также укладку хвостов промывки в вы-
работанное пространство. Все эти работы, а также работы на
берегу по обслуживанию драги и обеспечению благоприятных
условий для производительной ее эксплуатации (закладка «мерт-
вяков»-якорей, переноска береговых блоков, растяжек, силово-
го кабеля, уборка из разреза крепи, льда, шуги, рыхление мерз-
лоты и крупных валунов, обнаруженных на поверхности забоя
и под водой, доставка топлива, смазочных материалов, запас-
ных частей и сменного оборудования) относятся к комплексу
добычных работ.
Способы выемки пород драгой различаются по последова-
тельности и порядку их извлечения ковшовой цепью в верти-
кальной и горизонтальной плоскостях забоя.
Выемка пород в вертикальной плоскости разделяется на
слоевую и с подработкой уступа (выемка поддором) (рис. 12.8).
При слоевой выемке пласт песков вынимается на всю мощность
сверху вниз отдельными слоями, близкими к горизонтальным.
Выемка с подработкой уступа начинается с плотика либо с про-
межуточного среднего горизонта. Сначала создается вруб, а за-
тем осуществляется извлечение обрушенных пород. Этот спо-
соб применяется ограниченно (в основном при отработке рос-
сыпей средней мощности, сложенных относительно рыхлыми по-
родами, а также при повторной разработке ранее отработан-
ных площадей и пересечении отвалов предыдущих ходов). Пре-
обладающее применение на дражных разработках нашла слое-
вая выемка, так как в большинстве случаев она обеспечивает луч-
шие показатели работы драг. Достоинством слоевой выемки яв-
ляется возможность регулирования коэффициента наполнения
ковшей в зависимости от характера пород и содержания в них
металла. Этот способ позволяет раздельно вынимать пустые по-
роды и металлоносные пески, что весьма важно при разработке
россыпей с четкими границами между торфами и песками.
Выемка пород в горизонтальной плоскости забоя свайны-
ми драгами может осуществляться прямым забоем, прямым или
косым забоем с переменой свай, косым забоем с отброской
кормы, прямыми и косыми полузабоями и комбинированным
способом (рис. 12.9).
При выемке пород прямым забоем драга располагается
в средней части забоя так, чтобы ее рабочая ось и продольная
657
a
Рис. 12.8. Схемы выемки пород драгой в вертикальной плоскости забоя:
а — слоевая; б —с подработкой уступа; 1 — поверхность россыпи; 2 — забой; 3 — пло-
тик; 4 — эфельный отвал; 5 — галечный отвал
б
ось разреза совпадали. Выемка пород ведется по всей ширине
забоя послойно сверху вниз до плотика с перемещением драги
от средней линии забоя вправо и влево на одинаковый угол ма-
неврирования, т. е. симметрично. Породы укладываются в сред-
Рис. 12.9. Схемы выемки пород драгой в
горизонтальной плоскости забоя:
а — прямым (симметричным) забоем; б — пря-
мым и косым забоями с переменой свай; в — ко-
сым забоем с отброской кормы; 1—4 — точки
стоянок рабочей сваи
658
ней части разреза, причем оси забоя и галечных отвалов почти
совпадают, а ось эфельного отвала несколько смещена в сторо-
ну нерабочей сваи. Этот способ отработки забоя наиболее эф-
фективен, так как обеспечивает равномерную загрузку черпа-
ющего, маневрового и промывочно-обогатительного аппаратов
драги, за счет чего достигается более полное извлечение полез-
ного ископаемого и минимальные энергетические затраты на
выемку.
Выемка пород прямым забоем с переменой свай осуществ-
ляется аналогично выемке прямым забоем, но при поперемен-
ном чередовании свай. Для этого драга размещается также в
средней части разреза, а при зашагивании корма понтона не-
сколько смещается таким образом, чтобы на оси забоя распо-
лагались точки стояния рабочих свай. Этот способ позволяет
более полно использовать отвальную емкость за счет некото-
рого перераспределения отвалов в выработанном пространстве
(особенно эфельных), что является важным для россыпи с по-
вышенным выходом эфельной фракции. Однако в этом случае
забой драги в плане теряет свою симметричную форму, в ре-
зультате чего несколько усложняется процесс слоевой выемки,
и степень наполнения ковшей при прочих равных условиях мо-
жет снижаться.
При выемке пород косым забоем драга располагается бли-
же к одному из бортов разреза (например, ближе к нерабочему
борту при поперечных системах разработки и системах со смеж-
ными забоями). Выемка пород ведется послойно сверху вниз.
При этом углы поворота драги в сторону рабочей и нерабочей
свай различны, а ось забоя и ось драги не совпадают, что обу-
словливает одностороннее складирование отвалов на удалении
от рабочего борта разреза, исключая его подсыпку. Однако вы-
емка пород в углах забоя (подработка углов), прилегающих к
более широкой от оси разреза его части, осложняется из-за со-
кращения длины выемочной площадки, а также снижения тяго-
вых усилий, развиваемых бортовыми маневровыми канатами при
работе драги. Выемку косым забоем следует применять при зна-
чительной глубине россыпи, когда возникает необходимость пре-
дотвращения подсыпки пласта песков отвалами, уменьшения
потерь и разубоживания, использования отвалов для сооруже-
ния плотин и перемычек, а также в случае необходимости одно-
стороннего расположения отвалов.
659
12.3.2. Элементы системы разработки и их расчет
Выемка породы драгой в забое происходит за счет суммы
двух движений — движения черпаковой цепи по черпаковой
раме и движения самой рамы вместе с драгой вокруг рабочей
сваи (рис. 12.10).
Ширина стружки, м, при дражной выемке (рис. 12.11):
, ъ Лк
с „ ’ с У ’
(12.13)
Рис. 12.10. Структура и параметры дражного забоя:
Атах, Rep и Amin — соответственно максимальный, средний и минимальный радиусы
черпания; Ао — радиус отвалообразования; Н3 — глубина дражного разреза; Ав — глу-
бина воды в разрезе; Лэ.о — высота эфельного отвала; ho — общая высота дражного от-
вала; Р — угол маневрирования (поворота) драги; Аз — ширина дражной заходки; 5’ —
шаг передвижки драги; 1 — понтон драги; 2 — эфельиый отвал; 3 — галечный отвал
660
где п — число черпаков, проходящих через верхний черпако-
вый барабан в минуту; Кб — скорость бокового перемещения
драги вдоль забоя, м/с; К — скорость движения черпаковой
цепи, м/с; t4 — шаг черпака (расстояние) между осями его пе-
редних и задних пружин, м.
Величина зашагивания драги, м (см. рис. 12.11)
Епк
н
60КбЛср’
(12.14)
где к» — коэффициент наполнения черпаков породой (табл.
12.6); hc— высота вынимаемого слоя, м,
(12.15)
Е — вместимость черпака, м3; р — коэффициент разрыхления
породы (табл. 6.4 [81]); г — радиус черпания на нижнем бара-
бане (табл. 12.8).
Предельно допустимое £ = (1,84-2,8) г, м.
Правильное определение режима выемки (толщины и дли-
ны стружки) имеет существенное значение для производитель-
ности и эффективности работы драги. Ниже указаны характе-
ристики самих драг, определяющие режим выемки горной массы.
Рис. 12.11. План забойной площадки при слоевой выемке (а) и общий вид ее (б):
Дер — средняя ширина заходки; R — радиус черпания драги; ас — ширина забойной
площадки в центральной ее части; S — величина зашагивания драги; р и Pi — углы по-
ворота и полуповорота соответственно; Ьс и Лс — ширина и толщина стружки соответ-
ственно; 4х — угол сдвига стружки; Ге — скорость бокового перемещения
661
Для практических расчетов весьма важен коэффициент на-
полнения черпаков, значения которого различны в разных час-
тях забоя (меняются по длине забойной площадки).
Конструктивные параметры драг, определяющие режим выемки
Драга - 150Д 250Д ОМ-431 600Д
Шаг черпака, мм Скорость движения цепи, 712 835 1040 1149
черп/мин Скорость бокового 21—30 0—35 22 18—22
перемещения, м/с 0,07—0,2 0,08—0,22 0,08—0,12 0,08—0,11
Значения коэффициентов наполнения черпаков в зависимо-
сти от их положения по длине забойной площадки приведены в
табл. 12.6.
После полной отработки забоя по всей его высоте и зачистки
производят перемещение — зашагивание драги на новый забой.
В табл. 12.7 для облегчения и проверки расчетов указаны
максимальные и минимальные значения углов поворота 0 и
ширины дражной заходки В для различных типов драг.
Таблица 12.6
Коэффициенты наполнения черпаков (в среднем по забою)
Половина угла манев- рирования р, градус Коэффициент на- полнения Половина угла манев- рирования р, градус Коэффициент' на- полнения
в це- лом в углах забоя в целом в углах забоя
30 0,95 0,87 60 0,81 0,5
40 0,92 0,77 70 0,77 0,34
50 0,88 0,64 80 0,7 0,16
Таблица 12.7
Предельные значения углов маневрирования р
и ширины дражной заходки Л
Драга Р градус В, м
максимальный минимальный максимальная минимальная
80Д ] ] 2—134 78—86 53—60 41—44
150Д 120—137 84—95 80—86 62—68
250Д 129—143 57—65 103—108 54—61
ОМ-431 94—119 46—51 130—154 70—77
600Д 106—116 54—56 226—240 128—133
662
Рекомендуемые значения затягивания (величины шага) S' драги, м
Драга........................80Д 150Д 250Д ОМ-431 600Д
Величина затягивания:
максимально возможная......3,5 4,5 5,5 7,5 10
рациональная...............2—3 2,5—4 3—5 4—6 4,5—7
При дражной разработке россыпи ширина одинарной за-
ходки (забой) оказывает существенное влияние на производи-
тельность драги. Допустимая минимальная ширина одинарной
заходки позволяет уменьшить, а иногда и полностью избежать
разубоживание песков бортовыми породами. Однако конст-
руктивные параметры свайных драг не всегда позволяют вести
выемку пород заходками очень малой ширины. Поэтому с це-
лью исключения выклинивания забоя необходимо принимать
такой минимальный угол маневрирования драги, при котором
в процессе отработки углов забоя создается достаточный и
безопасный зазор на уровне днища между скуловым угольни-
ком понтона и краями бортовых выступов разреза (рис. 12.12).
Если россыпь характеризуется выдержанностью парамет-
ров залегания и представлена породами нормальной валуни-
стости (каменистости) при относительно ровном рельефе пло-
тика, то минимальная ширина одинарной заходки должна ус-
танавливаться из условия обеспечения полноты выемки при
заданном угле маневриро- вания. Рис. 12.12. Схема положения дра- ги в разрезе: а — при отработке угла забоя; б — при развороте на 90° «31 я 1 & _ 1 «ML lWn‘ Г' / £ . —ОЩГх/ ' S\ _ i « — ,1 1
663
Таблица 12.8
Основные конструктивные размеры многочерпаковых драг
Параметр Условное обозначение Драга
80В 150Д 250Д и 250ДШ 250ДУ (проект) 600Д ОМ-431 ОМ-417 (проект)
Вместимость черпаков, л Е 80 150 250 250 600 380 400
Максимальная подводная глубина черпания, м Н\ 6 8—9 12 12 50 30 17
Максимальная мощность надводной части россыпи, разрабатываемой чер- паками, м Нг 1 2 3,5 3 10 4 1
Число черпаний в минуту Размеры черпака, мм: п 14—32 21—30 До 35 До 35 18—22 22 18—28
высота кц 645 872 1057 105 1440 1230 1265
шаг Гч 540 712 835 1050 1150 1040 1040
Радиус черпания на нижнем бараба- не, м Rhwx. 1,1 1,4 1,7 1,8 2,4 2,1 2,1
Ширина режущей части черпака, мм р 690 1000 1070 1100 1560 1290 1325
Длина черпаковой рамы между ося- ми барабанов Ар, м Предельный угол наклона черпако- вой рамы, градусы: А 17 23,7 31,7 31,5 92 58 41
в верхнем положении Св 17,5 17 15 15 5,5 8,6 15
в нижнем положении Он 45 45—48 45 45 45 45 45
Высота установки оси верхнего ба- рабана над палубой понтона, м Б 6,5 9,4 10,8 11,2 16 12,1 13
Расстояние от носа понтона до вер- тикальной оси барабана, м Г 9,6 14,4 19,2 21 67,2 33,6 24
Длина понтона Люн, м д 24 36 42,8 46,8 112,8 62 52,8
Ширина понтона, м ш 12 17 18,6 19 32,6 24 24
Ширина понтона в носовой части, м э 6,3 9,4 9 10,5 12,6 16,1 14
Длина носового скоса по борту, м я 4,8 6,8 9,4 8,7 21,8 7,5 9,7
Высота борта понтона Лсух, м h 2,2 2,6 3 3,3 5 3,5 3,4
Средняя осадка понтона, м О 1,7 1,8 2 2,5 3,7 2,7 2,5
Средняя высота надводного борта понтона, м б 0,5 0,8 1 0,8 1,3 0,8 0,9
Полная длина свай, м С 12 15 18,3 21,5 28 26 23
Длина скоса в корме понтона, м щ — 2 . 3,4 4,8 4 4,8
Расстояние от верхнего свайного на- правляющего до палубы понтона, м — 5,85 6,5 7,6 10,3 14,5 11,3 11,5
Максимальная подводная длина свай, м С, 5 7 9,4 9 10,9 12,4 9
Расстояние между сваями, м м 3,2 4,5 5,2 5,2 8 5,7 6
Длина наконечника сваи, м Лс 1 1 1,7 2,4 3,2 3,05 3,05
Расстояние от оси понтона до оси свай, м ю 0,7 0,96 0,95 1,4 1,75 1,23 1,5
О\
Окончание табл. 12.8
Параметр Условное обозначение Драга
80В 150Д 250Д и 250ДШ 250ДУ (проект) 600Д ОМ-431 ОМ-417 (проект)
Длина отвалообразователя (стакера) от оси опоры до оси верхнего бара- бана, м Т 1 1,7 1,6 2,1 2,1 1,65 3,6
Высота установки оси нижнего бара- бана стакера над палубой понтона, м Ж 2,9 3 4,4 3,6 3 4,8 4,8
Расстояние от кормы понтона до оси опоры стакера, м Л 18 18 16 16 18 18 18
Рабочий угол наклона рамы стакера, градус со 0,6 0,8 1,3 1,3 1,5 0,8 1,4
Толщина рамы отвалообразования у верхнего барабана, м д 6 6,7 10 8,8 15 11,5 17
Длина кормовых колод, м 1к 6 6,7 10 10 15 11,5 17
Ширина установки кормовых колод, м К 11,8 15,9 17,4 17,4 30,8 22,6 22
Расстояние между краевой точкой режущей части черпака и торцевой крышкой подшипника нижнего чер- пакового барабана, м У 0,4 0,6 0,7 0,9 1,08 0,85 0,86
Расстояние от оси нижнего черпако- вого барабана до рамы крепления но- сового каната к черпаковой раме, м 0,9 1,8 2,2 1,2 3,05 2,7 3,5
OS
Ox
Расстояние от носа понтона до цен- тра носового ролика бегучего таке- лажа, м 0,3 0,35 0,7 0,6 16 0,9 0,9
Радиус носового ролика, м Гр 0,25 0,25 0,3 0,4 0,5 0,4 0,5
Расстояние от носа понтона до точ- ки схода маневрового каната с но- сового ролика, м Л 0,55 0,6 1 1 15,5 1,3 1,4
Если россыпь валунистая или имеет большие подъемы пло-
тика, то допустимую минимальную ширину одинарной заходки
следует устанавливать из условия обеспечения возможности
разворота драги в разрезе на 90 и 180°, чтобы в случае необхо-
димости можно было обойти такие участки.
Конструктивные параметры драг приведены в табл. 12.8 и
на рис. 12.13.
1. Радиус черпания драги:
на уровне днища понтона
^т=Д + Ю-1т1+/^ + К^)2-(Б^Ь^+оу-, (12.16)
по поверхности россыпи
= Д+Ю-1т -Яо6щ)2; (12.17)
Рис. 12.13. Схема драги с основными конструктивными размерами
668
по плотику россыпи
- Д + Ю - /пок + {Б-h^ + - /?!1ИЖ) . (12.18)
2. Определяется исходная величина зашагивания драги (см.
рис. 12.12) по формуле
S'. =L+Sb , (12.19)
I б бор ’ v '
где /б — безопасный зазор на уровне днища понтона,
/б =(0,1-0,2)Япод, (12.20)
где ЯпоД — подводная мощность россыпи, м; &боР — коэффици-
ент, учитывающий высоту бортового зуба дражного разреза
(foop = 0,38-0,49).
3. Определяются величины т\ и т (см. рис. 12.12) по фор-
мулам:
'«1=л„о„и+л’); (12.21)
и, =0,5(Э-Р-2У). (12.22)
4. Определяются величины т, и т по формулам:
m2=-Rno,l-U + 2C’-^); (12-23)
пг = 0,5(Ш-Р-2У). (12.24)
Значения показателей, входящих в формулы (12.20) — (12.23),
даны в табл. 12.8.
5. Определяется минимальный рабочий угол маневрирова-
ния драги (см. рис. 12.12) по формуле (вместо т и п в формулу
поочередно подставляются значения т\, п\ и m2, иг)
В . = 16,7 , 100 1-
r min ’ 1
т -\ т2 +п2 -S2 — п S,
(12.25)
2 , 2
т + п
Окончательно принимается большее значение угла pmin.
669
6. Определяется допустимая по условиям нормальной экс-
плуатации драги и полноты выемки песков ширина одинарной
заходки:
по поверхности россыпи
(12.26)
по плотику россыпи
6 .
В . =2 В sin^s-. (12.27)
min пл О v '
7. Определяется минимальная ширина одинарной заходки
драги из условия возможности ее разворота в разрезе на 90°
(см. рис. 12.12):
по поверхности россыпи
^=^+4..+4-(^„+2О); (12.28)
по плотику россыпи
^„=Ля+/«.и+4-(^,+ю)-
(12.29)
Окончательно принимается большее значение Bmin.
Наивыгоднейшая ширина одинарной заходки устанавлива-
ется из условия достижения максимальной производительности
драги по горной массе. Однако возможны случаи, когда шири-
на заходки не совпадает с шириной промышленной части рос-
сыпи. В этом случае при установлении наивыгоднейшей шири-
ны заходки недостаточно учитывать только суточную произ-
водительность драги, так как основное влияние на выбор ши-
рины заходки будет оказывать количество суточного намыва
металла. В таком случае необходимо выбрать такую ширину
заходки, при которой разубоживание будет минимальным и со-
кратятся потери металла в бортах россыпи.
12.3.3. Производительность многочерпаковых драг
На предприятиях цветной металлургии по разработке кон-
тинентальных россыпей золота, платины, алмазов и редких ме-
таллов дражные работы с использованием электрических мно-
670
гочерпаковых драг занимают ведущее положение по объему
добычи и обогащения песков. Современные многочерпаковые
драги с жесткой рамой представляют собой относительно слож-
ные и дорогостоящие комплексы с высокой степенью механи-
зации и поточности технологических процессов (добыча, обо-
гащение, отвалообразование) и обеспечивают достижение наи-
более высоких технико-экономических показателей по сравне-
нию с другими способами разработки.
Многочерпаковые драги целесообразно применять для раз-
работки пород практически любой крепости и состава (от са-
мых слабых до наиболее тяжелых наносных отложений) за ис-
ключением весьма валунистых и крепкосцементированных по-
род и вязких глин. Россыпи, охваченные многолетней мерзло-
той, могут разрабатываться драгами, как правило, после пред-
варительного их оттаивания.
Многочерпаковые драги пригодны для разработки как очень
мелких континентальных и прибрежно-морских россыпей (глу-
бина до 5 м), так и глубоких (глубина до 60 м). При этом пло-
тик россыпи может быть представлен мягкими или крепкими
скальными породами. В условиях континентальных россыпей
предпочтительнее применять драги для разработки пород, спо-
собных удерживать в разрезе постоянный уровень воды, необ-
ходимый для нормальной и безопасной работы драги. С увели-
чением обводненности и заболоченности эффективность при-
менения драг возрастает. Драгами могут разрабатываться так-
же маловодные и даже безводные россыпи, но при условии обе-
спечения водоснабжения. При этом для компенсации затрат на
водоснабжение требуется повышенное содержание ценных ком-
понентов в песках. Наиболее рационально многочерпаковые
драги применять для разработки водоносных пойменных и боль-
ших ключевых россыпей с небольшим уклоном, а также мор-
ских и озерных россыпей большой мощности (см. табл. 12.1). В
благоприятных условиях драги обеспечивают наиболее высо-
кие технико-экономические показатели и при разработке уча-
стков.
Часовая производительность драги, м3, при непрерывной
работе и постоянной скорости движения черпаковой цепи оп-
ределяется по формуле
671
। = 60лч£чТ]ч
'Д'4 л
(12.30)
где лч — число черпаний в минуту (пч = 20*35); Еч — вмести-
мость черпака, м3; г|ч — коэффициент, учитывающий наполне-
ние черпаков (табл. 12.9 и 12.10); р — коэффициент разрыхле-
ния породы.
Таблица 12.9
Коэффициент, учитывающий наполнение черпаков
Породы т]ч для драги с черпаковой цепью
сплошной прерывистой
Песок, супесь, неплотный чернозем 0,6—0,9 0,6—0,8
Легкие связные пески, легкий суглинок, песок крупнозернистый с мелкой галькой, мелкий пе- сок, плотный растительный слой 0,9—1,05 0,8—0,9
Плотный глинистый песок, мелкий песок с галькой, глинистые породы средней плотности, мелкий щебень скальных пород 0,7—0,9 0,7—0,8
Сухая глина с валунами (до 10%), песок с крупными валунами, дресва 0,5—0,7 0,5—0,6
Глина с валунами (свыше 10%), песок с галь- кой, чешуйчатые мягкие сланцы, мерзлые пес- чаные породы 0,4—0,5 0,4
Примечание. В зимних условиях коэффициент наполнения черпаков уменьшает-
ся на 20—30 %.
Таблица 12,10
Коэффициент, учитывающий наполнение черпаков
Половина угла маневри- рования драги при отра- ботке забоя на полную ширину Значения г|ч
при отработке узлов забоя средний по забою
40 0,77 0,92
50 0,64 0,88
60 0,5 0,81
70 0,34 0,77
80 0,16 0,7
90 0 0,63
672
Суточная производительность драги, м3, определяется по
формуле
(изо
где кя. а — коэффициент использования драги во времени (табл.
12.11),
*л.= =%р (12-32)
где Тч. р — время чистой работы драги в течение суток.
Коэффициент разрыхления пород по всей мощности отра-
батываемого забоя определяется по формуле
р,Я + р"Я', + р"Я"'
Яр 4-Я"'
(12.33)
где р', р", р'"— коэффициент разрыхления пород соответствен-
но мягких, повышенной крепости и пород плотика; Я', Я",
Н"'— выемочная мощность пород соответственно мягких, по-
вышенной крепости и пород плотика при его задирке, м; Яр —
полная (выемочная) мощность россыпи, м.
Средневзвешенный коэффициент наполнения черпаков оп-
ределяется по формуле
114 “
Р
Пч
(12.34)
нп нт’
--- + р--
Таблица 12.11
Значения коэффициента использования драги кЛ. в
Период работы драги Вместимость черпаков, л
250 380 250 380
Средни й Урал Восточна я Сибирь
Март 0,75 0,77 ——— ——
Апрель 0,79 0,66 0,68 0,65
Май 0,86 0,75 0,77 0,74
Июнь 0,80 0,77 0,78 0,76
673
Окончание табл. 12.11
Период работы драги Вместимость черпаков, л
250 380 250 380
Средни й Урал Восточна я Сибирь
Июль 0,76 0,72 0,79 0,75
Август 0,73 0,76 0,64 0,75
Сентябрь 0,53 0,77 0,75 0,72
Октябрь 0,55 0,60 0,74 0,67
Ноябрь 0,63 0,83 0,70 0,62
Декабрь 0,52 0,70 0,61 0,47
гц$ т|ч',г|ч*,т|" — коэффициент наполнения черпаков соответ-
ственно при выемке пород мягких, повышенной крепости и по-
род плотика.
Суточная производительность, м3, драги в различных усло-
виях разработки с учетом принятых параметров одинарного
забоя, режимов слоевой выемки и организации добычных ра-
бот определяется по формуле
3600 V6 Hf а* Т.. . Rc sin |
О,О175А7С ЛД + ЗОГ6 (t, +k2t2) ’
(12.35)
где Кб — скорость бокового перемещения драги вдоль забоя,
м/с; ад — шаг драги, м; р — рабочий угол маневрирования дра-
ги, градус; 0,0175 — коэффициент перевода градусов в радиа-
ны; кс — число слоев породы, отрабатываемых черпаками при
послойной отработке одного забоя; t\— время на одно зашаги-
вание (Zi= 6-5-24 мин); h — простои драги в углах забоя при пе-
реходе к выемке лежащего ниже слоя (h = 0,34-1,2 мин).
12,3.4. Перемещение свайной драги в забое
В настоящее время практически все континентальные драги
являются свайными. Боковое перемещение (поворот вокруг ра-
бочей сваи) называют маневрированием, перемещение драги впе-
674
ред после отработки очередного забоя — затариванием. Манев-
рирование осуществляется при помощи маневровой системы, со-
стоящей из канатов, закрепленных одним концом на берегу, дру-
гим на драге, и маневровых лебедок, установленных на драге. По-
ворот производится вокруг рабочей сваи, т. е. сваи, опущенной и
закрепившейся в дражном отвале. Вторая свая находится при
этом в поднятом состоянии. В зависимости от принятого спосо-
ба выемки в горизонтальной плоскости рабочие сваи могут ме-
няться — рабочей при этом становятся поочередно левая и пра-
вая сваи. Но может сохраняться постоянно одна рабочая свая, дру-
гая включается в работу только на период зашагивания драги.
На небольших драгах старых выпусков может сохраняться
только канатное маневрирование (без помощи свай).
Когда драга, закончив отработку и зачистку очередного за-
боя, придет в крайнее положение (точка 1 на рис. 12.14), она
вокруг той же рабочей сваи начинает поворот вправо и про-
должает его до тех пор, пока черпаковая рама не пойдет к про-
межуточной точке 2, которая отмечена вешкой на поверхности.
После этого поворот прекращают, меняют рабочую сваю и про-
должают поворот в ту же сторону вокруг другой сваи, подводя
черпаковую раму к точке 3, которая также должна быть отме-
чена вешкой. После этого снова меняют сваи, и драга продви-
гается вперед. Расстояние между точками 2 и 3 (хорду зашаги-
вания Zx. з) определяют заранее по заданной величине зашагива-
ния, используя для этого формулу
Ьх=Лра//0>0,
где Ар — радиус черпания драги
на уровне поверхности россыпи,
м; а — заданная величина заша-
гивания, м; /о. с — расстояние ме-
жду осями свай, м.
Рис. 12.14. Схема, поясняющая порядок
операций при затягивании драги:
/, /7, III — положения рабочей сваи; S — шаг
передвижки
(12.36)
675
В итоге драга продвигается вперед на величину а (заданную
величину зашагивания) и может начинать отработку следую-
щего забоя. Время, затрачиваемое на зашагивание, зависит от
типа драги и может составлять от 4—10 мин для обычных драг
до 30 мин для драг глубокого черпания.
Чтобы драга могла начать разработку новой заходки (на-
чать новый дражный ход), ей необходимо развернуться. Обыч-
но такой разворот состоит из двух последовательных поворо-
тов на 90°: первый — для зарезки новой заходки из отработан-
ной и второй — чтобы начать разработку в обратном направле-
нии. При развороте драги в забое необходимо строго соблю-
дать зазоры между бортом разреза и кормовыми колодами дра-
ги. Это условие соблюдается, когда
В =R +К + 1 + 2м + е-Ю-а, (12.37)
где Въ — наименьшая ширина разреза на уровне воды, м; —
радиус черпания на уровне воды; К — длина кормовых колод,
м; /к — величина наибольшего приближения конца кормовой
колоды при поворотах драги, м; w — величина бортового вы-
ступа, м; е — наименьший допустимый зазор между концом ко-
лоды и выступом борта разреза (е = 2ч-3 м). Величина Ю опре-
деляется в соответствии с конструктивными параметрами драги
(расстояние от оси понтона до оси свай).
Величину шага устанавливают исходя из необходимости обе-
спечения максимальной эффективности черпания по всей длине
забоя.
При драгировании существенное значение имеет правиль-
ный выбор расстояния между точками закрепления канатов на
берегу (между «мертвяками»).
Рекомендуемые расстояния между точками установки
береговых роликов (шаг передвижки), м
Драга....................80Д 150Д 250Д ОМ-431 600Д
Шаг передвижки........... 8—11 11—15 17—23 21—28 37—42
12.3.5. Водоснабжение дражного разреза
При работе драг на хорошо обводненных россыпях, распо-
ложенных в долинах крупных рек, необходимость в дополни-
тельном водоснабжении разреза отпадает, но особое значение
приобретает осветление технологических вод, сбрасываемых из
676
дражного разреза в водоем общего пользования. На россыпях с
недостаточной обводненностью для обеспечения нормальных
условий эксплуатации драг необходимо осуществлять искусст-
венное регулирование стока путем сооружения водохранилища
(или системы водохранилищ), вмещающего запас воды, накап-
ливаемый в период избытка естественного стока, чтобы из него
пополнять дражный разрез, когда потребность в воде превы-
шает ее поступление из естественного источника.
Строительство гидротехнических сооружений для регули-
рования стока водоисточника целесообразно в том случае, ко-
гда затраты на их возведение окупаются получаемым дополни-
тельно драгой металлом, либо при этом достигаются другие
производственные преимущества.
Объем водохранилища определяется, как правило, на осно-
ве водохозяйственных расчетов, в которых увязываются графи-
ки водопотребления и стока, учитываются потери воды и необ-
ходимая степень обеспеченности водой.
Необходимый приток воды должен удовлетворять условию
бпод + бпОВ + бдоп = бпр + бос ’ (12.38)
где 2поД — приток подземных вод, м3/с; 2пов — поверхностный
приток, м3/с; бдоп — дополнительный приток воды, м3/с; Qnp —
потери воды от просачивания, м3/с; £)ос — поверхностный сток
воды для осветления, мз/с;
Q =0,5LLrH2
-^пр ’ ф б под
(12.39)
где к$ — коэффициент фильтрации наносов, м / с; £б — длина
борта горной выработки поперек россыпи, м; ЯПод — подвод-
ная глубина россыпи, м.
Потери воды от просачивания составляют 10—100 м3 / с
(при сильнотрещиноватом плотике утечка может быть значи-
тельно больше).
Поверхностный сток для осветления воды определяется по
формуле
eoc=(^ai+,lH„a2)ea. (12.40)
где — коэффициент засоренности пород древесными остат-
ками (равен отношению мощности слоя древесных остатков к об-
щей мощности россыпи, цд = 0,0024-0,1); ад— удельный расход
677
воды для выноса древесных остатков (Д1= 1004-150 м3 / м3); г| —
коэффициент выноса частиц (равен отношению объема илисто-
глинистых частиц, подлежащих выносу, к общему их объему, ц =
= 0,44-1); Ци — коэффициент илистости пород (равен отношению
объема илисто-глинистых частиц к общему их объему); QA — про-
изводительность драги по породе (в целике), м3 / с; аг — удельный
расход воды для выноса илистых частиц (аг = 104-12 м3/ м3).
В условиях недостаточного поверхностного стока дополни-
тельное водоснабжение осуществляется путем устройства водо-
сборника, проведения водозаводных канав, использования на-
сосных установок или комбинированного использования этих
способов. Водохранилища могут создаваться в складках релье-
фа местности либо путем строительства плотин в верховьях до-
лины (с подачей воды в дражный разрез самотеком) или в ниж-
них частях россыпи, откуда вода подается насосами.
При водоснабжении по водозаводным канавам вода в драж-
ный разрез поступает из ближайших от полигона естественных
водоемов (рек, озер). Общая протяженность таких канав и объ-
ем земляных работ при их проходке могут быть значительными.
Поэтому сооружение их, как правило, осуществляется по раз-
работанному и утвержденному руководством прииска проекту.
В случае разработки маловодных россыпей (например, рас-
положенных в зоне распространения многолетней мерзлоты) для
дополнительной подачи воды в дражный разрез часто прихо-
дится создавать сложные и дорогостоящие системы водоснабже-
ния с весьма разветвленными водоподводящими коммуникация-
ми, которые одновременно используются для оттаивания много-
летней мерзлоты в пределах промышленных контуров полигона.
Различают следующие способы водоснабжения, осветления
и очистки сточных вод (рис. 12.15).
1. Прямоточное водоснабжение с полным или частичным
забором дебита питающего водоисточника в дражный разрез и
сбросом избыточного количества воды в долину без предвари-
тельного ее осветления. Такое водоснабжение применяется на
хорошо обводненных россыпях, когда водопитающий источ-
ник и дражный разрез непосредственно связаны между собой и
дебит воды обеспечивает разбавление технологических сбросов
до требуемой нормы.
2. Прямоточное водоснабжение с полным или частичным
забором дебита питающего водоисточника в дражный разрез и
678
сбросом избыточного количества воды в долину с предвари-
тельным осветлением отстоем или коагуляцией с последующим
отстоем. Этот способ снабжения применяется в основном на
достаточно обводненных россыпях, когда дебит питающего
водоисточника недостаточен для разбавления технологических
сбросов до требуемой нормы.
3. Оборотное водоснабжение с осветлением слива отстоем и
восполнением потерь свежей воды. Оно применяется на россы-
Рис. 12.15. Схемы водоснабжения дражного разреза:
а и б — прямоточное водоснабжение соответственно с полным и частичным использо-
ванием дебита реки и осветлением слива отстоем; виг — замкнутое водоснабжение со-
ответственно с осветлением слива отстоем и коагуляцией с отстоем; / — плотина
(перемычка); 2 — водоспускной колодец; 3 — русло реки; 4 — водовод; 5 — отстойник;
6 — станция коагуляции; 7 — насосная станция оборотной воды; 8 — драга; 9 — драж-
ные отвалы; 10 — дамба обвалования
679
пях со средней и малой водообеспеченностью, когда прямая связь
разреза и питающего водоисточника затруднена либо его дебит
достаточен только для восполнения потерь, но не обеспечивает
разбавления технологических сбросов до требуемой нормы.
4, Тупиковое водоснабжение глухого разреза путем прямо-
точной подачи свежей воды (постоянно или периодически) из пи-
тающего источника в объеме, восполняющем потери воды в раз-
резе без сброса отработанных вод в долину. Такой способ водо-
снабжения применяется при отработке увальных (террасовых),
ключевых и долинных россыпей (со средней и малой водообеспе-
ченностью), расположенных на значительном удалении или вбли-
зи питающего водоисточника и представленных водоупорными
либо легкофильтрующими породами, когда дебит этого водоис-
точника достаточен лишь для компенсации фильтрационных по-
терь, потерь на испарение и очную влажность пород в отвале.
При этом содержание в россыпи золота крупностью 0,25 мм
должно быть не более 10 %, а содержание дисперсных илисто-
глинистых частиц крупностью 0,005 мм — не более 1,5 %.
5. Замкнутое водоснабжение разреза с частичным осветле-
нием стоков отстоем либо с осветлением одной части их коагу-
ляцией, а другой — отстоем и с периодическим восполнением по-
терь путем подачи свежей воды из внешнего водоисточника.
Этот способ водоснабжения применяется в основном при недо-
статочной обводненности россыпи, значительном удалении от
разреза питающего водоисточника и разработке водоупорных по-
род с небольшим содержанием частиц крупностью менее 0,001 мм.
Выбор способа водоснабжения разреза, осветления и очист-
ки сточных вод при дражной разработке должен обосновывать-
ся проектом с учетом факторов, определяющих потребность на-
родного хозяйства в данном полезном ископаемом и необходи-
мость проведения специальных мероприятий по охране и вос-
производству водных ресурсов.
12.3,6. Подготовка многолетнемерзлых россыпных
месторождений к дражной разработке
В настоящее время значительное число драг занято на раз-
работке россыпных месторождений, находящихся в постоянно
мерзлом состоянии (многолетнемерзлых). Такая разработка име-
ет ряд особенностей, существенно усложняющих и удорожаю-
щих ее. Основное влияние оказывают многолетнемерзлое со-
680
стояние пород и суровый климат, резко ограничивающий воз-
можную продолжительность дражных работ.
Для работы драги необходим полный перевод всех драгиру-
емых пород в талое состояние, т. е. оттайка. Стоимость оттайки
почти вдвое увеличивает стоимость дражной разработки в целом.
Из-за сурового климата драги могут начинать работу толь-
ко в конце апреля — начале мая и заканчивать ее в октябре. Но
даже при этом весной и осенью возникает большое количество
простоев из-за обледенения, повреждений драги, необходимо-
сти уборки льда из разреза и т. д. При низких температурах
воздуха вода в дражном разрезе промерзает на значительную
глубину и возникает необходимость в дополнительных вспомо-
гательных и весьма трудоемких работах, для проведения кото-
рых требуется использовать специальную технику — бульдозе-
ры, экскаваторы и др. Сам лед часто приходится резать специ-
альными паровыми резаками, а иногда даже взрывать.
В последнее время предложен метод затопления льда в раз-
резе. Для этого ледяное поле нарезают на крупные блоки, ко-
торые сверху пригружают галечником или другой пустой по-
родой с тем, чтобы они опустились на дно разреза.
Короткий сезон работы и необходимость специальных ме-
роприятий по искусственному переводу мерзлых пород в талое
состояние — основные факторы, усложняющие дражную разра-
ботку многолетнемерзлых россыпных месторождений. При этом
здесь невозможно применение других способов разупрочнения
мерзлых пород — механического или буровзрывного рыхления,
на обогащение могут быть поданы только полностью оттаявшие
пески. Основное распространение получила игловая гидроот-
тайка, которая существенно удорожает все дражные работы и,
кроме того, значительно усложняет общую организацию.
Удорожанию способствует снижение годовой производи-
тельности драг за счет укороченного сезона работы, а также
суточной производительности в начале и конце сезона при ра-
боте в условиях отрицательных температур воздуха. На произ-
водительности драг может сказаться и недостаточно высокое
качество оттайки мерзлых пород. Общая схема, характеризую-
щая порядок отработки драгой многолетнемерзлой россыпи,
показана на рис. 12.16.
В ряде случаев, чтобы ускорить ввод драги в работу, при-
ходится прибегать дополнительно к паровой оттайке сезонно-
мерзлого слоя, образовавшегося за зиму над участком пород,
681
оттаянных игловой гидрооттайкой. Этот способ оттайки при-
мерно вдвое дороже игловой. Все сказанное усугубляется еще и
тем, что в районах распространения толщи многолетнемерзлых
пород особенно сильными могут быть весенние и осенние па-
водки, в связи с чем очень важно правильно выбрать место для
зимнего отстоя драги и своевременно и в полном объеме про-
вести все противопаводковые мероприятия. Все сказанное вы-
ше только частично характеризует те трудности, с которыми
приходится встречаться при дражной разработке многолетне-
мерзлых россыпных месторождений. В частности, существенно
усложняется и сам зимний отстой, поскольку большинство рек
и водоемов промерзают до дна и необходимы специальные ме-
роприятия, чтобы избежать повреждения понтона драги.
Рис. 12.16. Общая схема разработки многолетнемерзлой россыпи с примене-
нием игловой гидрооттайки:
I и 2 — отработанные дражные заходки; 3 — разрабатываемая заходка; 4 —
подготовленная к разработке заходка (вся горная масса оттаяна); 5 — заходка, в кото-
рой производится игловая оттайка; 6 — заходка, в которой производится подготовка к
оттайке; 7— заходка, на которой удален растительный слой и произведена планировка
поверхности; # — заходка, в которой происходит удаление растительного слоя; А —
насосные установки; Б, В, Г— водяные магистрали; Д — распределители воды по иг-
лам; / — драга; II — буровые станки; III — бульдозер; L — длина участка, подлежаще-
го разработке драгой в текущем году; Lot — длина участка, подлежащего оттайке (с
учетом создания переходящего остатка оттаянных пород)
682
Совершенно очевидно, что в подобных условиях особенно
велико значение четкой организации всех подготовительных и
дражных работ и максимального предупреждения любых по-
терь песков и полезного ископаемого. Кроме того, очень важ-
но, чтобы любое технологическое решение было подкреплено
специальным инженерным расчетом.
12.3.7. Отвалообразование
при дражной разработке россыпи
Параметры и форма отвалов при дражной разработке рос-
сыпей в основном зависят от порядка отсыпки, гранулометри-
ческого состава пород и технологии выемки полезного иско-
паемого. В соответствии с этим отвалы могут располагаться в
выработанном пространстве и на бортах полигона. Различают
следующие виды отсыпки отвалов (рис. 12.17):
• кормовая прямая (симметричная) отсыпка в выработан-
ное пространство;
• кормовая боковая (несимметричная) отсыпка в вырабо-
танное пространство;
• бортовая односторонняя отсыпка на нерабочий борт
россыпи или в выработанное пространство.
В вертикальном сечении отвалы могут быть с однослойным
смешанным распределением гальки и эфелей и с двухслойным
обособленным распределением, с размещением эфелей в верх-
ней части, а гальки в нижней, с размещением гальки в верхней
части, а эфелей в нижней. Из указанных способов отсыпки от-
валов каждый может осуществляться при наличии на драге оп-
ределенного комплекса оборудования либо с применением осо-
бых приемов маневрирования драги.
Кормовая прямая и боковая отсыпки отвалов осуществля-
ются отвалообразователем и кормовыми хвостовыми колодца-
ми при работе драги соответственно в симметричном и несим-
метричном забоях. Бортовая отсыпка осуществляется при ос-
нащении драги двумя бортовыми отвалообразователями (стаке-
рами). В случае отсыпки на борт россыпи и эфельной фракции
драга должна оснащаться гидротранспортным оборудованием.
При отсыпке однослойного отвала драгу оснащают обезвожи-
вающим устройством, обеспечивающим подачу эфельной фрак-
ции на ленточный конвейер стакера для совместного транспор-
тирования с галькой в отвал. Так как ширина площади, на ко-
683
торой укладывается отвал меньше, чем ширина забоя, то высо-
та отвала с учетом разрыхления получается значительно выше,
чем мощность разрабатываемой россыпи. В эфельном отвале вы-
деляют верхнюю, среднюю и нижнюю зоны, отличающиеся друг
от друга гранулометрическим составом пород и углами естест-
венного откоса. Верхняя зона, в которую сбрасываются с хво-
стовых колод галечная фракция и пульпа, имеет угол откоса
28—30°. В этой зоне преобладают в основном гравийные и пес-
чаные фракции. Средняя зона состоит из песчано-илистых фрак-
ций, в результате чего угол откоса составляет 8—12°. В нижней
зоне отвал состоит в основном из илисто-песчаных и тонкодис-
персных фракций. Угол откоса этой зоны составляет 4—7°.
Галечные отвалы в обычных условиях размещаются на эфель-
ных отвалах и высота их при отработке россыпи средней каме-
нистости одинарным забоем примерно равна подводной мощ-
ности вынимаемой части залежи, а угол естественного откоса
отвала составляет 36—38°.
Рис. 12.17. Схемы отсыпки отвалов свайными драгами:
а — кормовая прямая; б — кормовая боковая; в — бортовая двухсторонняя; г — от-
сыпка гальки и эфелей
684
Площадь поперечного сечения, м2, эфельного отвала
Л =^рос +Нв)р,]> (12.41)
где Ярое — мощность разрабатываемой россыпи, м; В3 — сред-
няя ширина забоя, м; цк — коэффициент каменистости (равен
отношению объема валунной и галечной фракции к объему по-
роды в целике, щ = 0,1+0,7); цв — коэффициент выноса по-
роды из разреза (равен отношению объема тонкозернистых
пород, выносимых водным потоком, к объему породы в цели-
ке, цв = 0,01+0,08); pi — коэффициент разрыхления эфелей в от-
вале (pi = 1,05+1,1).
Ширина эфельного отвала определяется по формуле
'=*•» Яр1а+О,55йэф
ctg71+-------
1 раз о и Ctg У] + Ctg 8
(12.42)
где Яраз — подводная глубина разреза в месте расположения
эфельного отвала, м; АЭф — надводная высота эфельного отва-
ла, м; yi — средний угол откоса эфельного отвала (yi = 24+28°);
8 — расчетный угол откоса борта разреза, градус,
. 5 в* -д
ctg § = —-------------
2 (#рВЗ +Zn )
(12.43)
Bi и в2 — ширина забоя соответственно по плотику и по по-
верхности россыпи, м; Zn — принятая глубина задирки плотика, м;
тус — условное перекрытие нижним отвалом основания разре-
за, м,
тус = 0,5 ( Вэф 0 -I- 2 Яраз ctg Y1 + Ввыс - В1) , (12.44)
7?выс — боковой выступ по борту разреза, м.
Взаимосвязь основных размеров эфельного отвала с его
поперечным сечением выражается формулой
Л = й,4оЯ’ ctgу,+0,55^ „/и- —X. (12.45)
I эф о раз о / । 7 эф. о эф ctg У] + CtgS
Полная высота эфельного отвала определяется по формуле
(12.46)
685
Радиус рассеивания галечных отвалов определяется по фор-
муле
Лго =Zpo cos ш + у, + ТО), (12.47)
где 7р. о — длина рамы между осями ведущего и натяжного ба-
рабанов отвалообразователя (стакера), м; со — угол подъема
стакера (<й = 164-18°); у г — расстояние выброса галечных фрак-
ций за ось верхнего барабана (уг= 14-2,5 м); ZKop — расстояние от
кормы понтона до оси нижней опоры рамы стакера на палубе
понтона, м; Ю — расстояние от понтона до оси свай, м.
Ширина площади рассеивания галечного отвала при выем-
ке пород прямым (симметричным) забоем определяется по
формуле
^2/^sinl, (12.48)
где р — угол маневрирования драги в забое, градус.
Площадь поперечного сечения галечного отвала определя-
ется по формуле
(12.49)
где р2— коэффициент разрыхления галечных фракций в отвале
(р2= 1,34-1,45).
Средняя высота галечного отвала определяется по формуле
Лгс=^-. (12.50)
^рас
Высота гребня галечного отвала определяется по формуле
Д = 0,25 «др tg у4, (12.51)
где у4 — угол откоса галечного отвала (у4 = 334-42°); <7ДР — шаг
драги, м.
Полная высота галечного отвала от уровня эфельного от-
вала
ЛГО=Д + ЙГС. (12.52)
Общая высота дражных отвалов
^о=^.о+Лг<,-^> (12.53)
где hoC — осадка отвала (hoc = 0,44-0,7 м при Яраз = 20 м).
686
Глава. 13
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ЗЕМЕЛЬ, НАРУШЕННЫХ ГОРНЫМИ РАБОТАМИ*
При проектировании гидромеханизированного предприя-
тия необходимо большое внимание уделять вопросам защиты
окружающей среды.
По рекультивации нарушенных земель выполняется проект,
в котором рассматриваются и решаются следующие вопросы:
• предполагаемое целевое использование рекультивируе-
мых земель (сельское хозяйство, лесное хозяйство, промышлен-
ное или гражданское строительство);
• организация работ по рекультивации;
• порядок ведения работ;
• расчет объемов почвы, подлежащей снятию и использо-
ванию;
• структура комплексной механизации рекультивационных
работ и число единиц горно-транспортного оборудования;
• определение необходимой площади и выбор места распо-
ложения складов почвы;
• календарный план изъятия земель с территорий.
Проект должен включать смету на рекультивацию, где ука-
зывается возможное увеличение себестоимости полезного ис-
копаемого от дополнительных затрат на рекультивацию.
В проекте определяются следующие технико-экономические
показатели: рекультивируемая площадь; затраты на рекультива-
ционные работы; затраты на рекультивацию 1 га земель. Затра-
ты на рекультивационные работы учитываются при составлении
калькуляции себестоимости продукции.
Восстановленные земли могут использоваться для сельско-
го и лесного хозяйства, создания зон отдыха, водоемов различ-
ного назначения, жилищного и промышленного строительства.
В зависимости от назначения использования земель различают
сельскохозяйственную, лесохозяйственную, природоохранную,
водохозяйственную и строительную рекультивации.
’Глава написана совместно с горным инженером Н.И. Исаевой.
687
Сельскохозяйственная рекультивация — создание земель, при-
годных для выращивания сельскохозяйственных культур, разве-
дения садов, пастбищ и сенокосных угодий.
Лесохозяйственная рекультивация — создание лесонасаж-
дений целевого назначения (почвозащитные, климатические,
лесопарковые и парковые), а также лесов деловой древесины.
Природоохранная рекультивация — создание зон отдыха,
озеленение отвалов.
Водохозяйственная рекультивация — создание водоемов
различного назначения (водохранилища для разведения рыбы,
дичи и др.).
Строительная рекультивация — подготовка земель для жи-
лищного и промышленного строительства, а также спортивных
сооружений.
Полное восстановление земель осуществляется в результате
горнотехнической и биологической рекультивации.
Горнотехническая рекультивация включает планировку вы-
работок, отвалов, выполаживание откосов, укладку раститель-
ного слоя, строительство подъездных дорог и мелиоративные
работы. Суть биологической рекультивации заключается в вос-
становлении плодородия и биологической продуктивности на-
рушенных земель, создании лесных и сельскохозяйственных уго-
дий, разведении рыбы в водоемах, дичи в посаженных лесах.
Для оценки степени нарушения земель горными работами
принимается показатель, называемый удельной землеемкостью.
Он равен отношению площади полигона (га) к запасам горной
массы (млн м3) в его контурах за вычетом объемов вскрыши. По
физическому смыслу этот показатель характеризует количествен-
ное (площадное) и качественное (глубинное) нарушение поверх-
ности природного ландшафта горными работами.
Вторым важным показателем, который используется при
оценке объема рекультивационных работ, является коэффици-
ент рекультивации, равный отношению площади земель, подле-
жащих рекультивации, к общей площади нарушенных земель.
На предприятиях золотодобывающей промышленности коэф-
фициент рекультивации составляет 0,27—0,28. В целом же по
предприятиям цветной металлургии он равен 0,2.
Как показывает практика, земли после рекультивации про-
дуктивнее по сравнению с ненарушенными землями данного
района.
688
Для успешной рекультивации земель очень важным являет-
ся снятие почвы на землях, подлежащих нарушению, и ее со-
хранение.
Временные склады почвы следует располагать на сухих во-
дораздельных участках вблизи объектов последующей рекуль-
тивации. Высота их не должна превышать 10 м, а уклон по-
верхности должен быть не более 0,005. Для защиты отвалов от
ветровой и водной эрозии поверхность их необходимо засевать
многолетними травами. Срок хранения почвы на временных
складах не должен превышать 10 лет. Земельные участки, вос-
станавливаемые для сельского хозяйства, должны быть пригод-
ными для работы сельскохозяйственных машин. Уровень грун-
товых вод должен обеспечивать оптимальные условия произра-
стания растений. В первые 2—3 года рекомендуется культиви-
ровать многолетние травы. В период горнотехнической рекуль-
тивации к каждому участку должна быть устроена подъездная
автодорога.
Мощность плодородного слоя следует принимать в зави-
симости от назначения земель (для сельского хозяйства, садо-
водства, лесонасаждения и др.).
Съезды к урезу воды водоема должны устраиваться через
500 м. Ширина съездов должна быть не менее 5 м. Уклон съез-
дов, устраиваемых к урезу воды водоема, не должен превышать 5°.
Намыв последнего яруса на гидроотвале должен произво-
диться по специальному проекту с выполнением ряда меропри-
ятий. К таким мероприятиям относятся планировка, устройст-
во дренажей, известкование кислых почв и др. На поверхности
гидроотвала должны отсутствовать углубления, не имеющие
стока воды. После намыва последнего яруса и нанесения поч-
венного слоя дамба обвалования верхнего яруса разрушается,
чтобы не создавать подпора воды. Поверхность гидроотвалов
должна быть на 1—2 м выше уровня грунтовых вод, чтобы не
было заболачивания.
При сельскохозяйственном освоении отвалов затраты на сня-
тие, перемещение и укладку почвы составляют около 50 % за-
трат на горнотехническую рекультивацию. Снятие, транспорти-
рование и укладка растительного слоя, а также планировка от-
косов могут быть осуществлены скреперами, бульдозерами, грей-
дерами, драглайнами, грейдер-элеваторами, универсальными эк-
скаваторами, железнодорожными составами, автосамосвалами
689
и конвейерами. Мощность растительного слоя на рекультиви-
руемой поверхности должна быть 40—80 см. Установлено, что
наилучшие условия создаются, когда почвенный слой мощно-
стью 50—60 см лежит на водоупоре из глин. Плодородный слой
может также наноситься гидравлическим способом, в результа-
те чего при формировании почвенного слоя образуется рыхлая
структура, наиболее благоприятная для развития растений. Для
образования растительного слоя рекомендуется намыв произ-
водить слоями. Вся площадь намыва разбивается на участки с
поочередным намывом их слоями. Намыв очередного слоя на-
чинается после уменьшения влажности намытого слоя на
25—30 %. Толщина слоя равна 15 см.
Наиболее трудоемкими и дорогостоящими при рекультива-
ции являются работы по улучшению гидрофизических свойств
восстанавливаемых земель с целью повышения их плодородия.
Опыт освоения целинных земель показывает, что основными
факторами, предопределяющими благоприятные условия для ро-
ста и развития растительности, являются рельеф поверхности,
угол ее наклона к горизонту, экспозиция к сторонам света, гид-
рологический режим, физико-механический состав и темпера-
турный режим почвы, погодные условия. Поэтому рекультива-
ция земель, нарушенных горными работами, не должна рассмат-
риваться с позиции только увеличения сельскохозяйственных
угодий, а должна иметь целевую направленность на воспроиз-
водство и улучшение всего нарушенного территориального комп-
лекса в целом.
При сплошной планировке рекультивируемых земель для ис-
пользования под пашню уклон не должен превышать 1—2°, при
уклонах 2—4° участки могут использоваться для полеводства,
при 4—6° — для кормового севооборота, при 7—10° — для со-
здания лесопосадочных полос (при ширине террас не менее 10 м).
Галечные отвалы и отвалы дражных полигонов, содержа-
щие более 40 % каменистого материала, следует использовать
под автодороги либо выполаживать до слоя с большим про-
центом мелкозема для создания на них лесных полос путем по-
садки деревьев в хорошо заземленные лунки.
Уклон рекультивируемого участка, как правило, должен
совпадать с уклоном долины и не превышать 2°. В случае, ко-
гда уклон долины составляет более 2°, рекультивируемую по-
верхность следует террасировать.
690
Мощность слоя почвы при землевании зависит от токсич-
ности подстилающих пород, глубины корнеобитаемого гори-
зонта сельскохозяйственных культур и необходимого для роста
растений водотеплового режима этого горизонта. Для условий
Северо-Востока страны, Якутии и других районов Восточной
Сибири мощность наносимого слоя почвы принимается равной
0,25—0,4 м.
Последовательность и порядок проведения рекультивацион-
ных работ должны быть согласованы с местными администра-
тивными органами. Затраты на горнотехническую рекультива-
цию зависят от объема планировочных работ, мощности созда-
ваемого корнеобитательного горизонта и расстояния транспор-
тирования потенциально плодородных пород. Практика пока-
зывает, что в благоприятных условиях затраты на горнотехни-
ческую рекультивацию 1 га земель, нарушенных горными рабо-
тами, составляли 2,9—3,9 тыс. и 1,4—3,2 тыс. руб. при подго-
товке их для использования в сельском и лесном хозяйствах со-
ответственно (в ценах 1982 г.).
Биологическая рекультивация проводится, как правило, по-
сле завершения горнотехнической по рекомендациям зональных
научно-исследовательских институтов сельского хозяйства.
Наиболее приемлемым видом биологической рекультива-
ции трудоемких техногенных участков россыпей является есте-
ственное самозарастание. Практика показывает, что процесс ес-
тественного самозарастания нарушенных земель протекает по-
разному, отличаясь как по интенсивности, так и по видовому
составу образующегося растительного покрова. Характерными
особенностями для всех видов отвалов являются их сравнитель-
но медленное естественное зарастание и обедненность видового
состава растительности. Наблюдения показывают, что интен-
сивность зарастания и флористическое разнообразие образую-
щейся растительности зависят от гранулометрического состава
пород, рельефа поверхности и местоположения отвалов, гидро-
логического режима водотоков и ряда других факторов. Пред-
лагаемое целевое использование рекультивированных гидроот-
валов приведено в табл. 13.1.
При самозарастании отвалов видами травяной раститель-
ности из естественной флоры являются луговая овсяница, пол-
зучий пырей, многолетние горошки, чина луговая и др. При бла-
691
bJ
Предлагаемое целевое использование рекультивированных гидроотвалов
Таблица 13.1
Место расположе- Факторы, влияющие на окружающую среду Рекультивация гидроотвала Примечания
ния гидроотвала отрицательные положительные
1. На равнин- ной местности 1. Большой объем стро- ительных работ 2. Изъятие больших пло- щадей (ценных) земель 3. Не интегрируется с окружающей местно- стью 4, Повышенный риск пыления 5. Медленное закреп- ление гидроотвала рас- тительностью 6. Повышенный риск водной эрозии (в районе с большими осадками) А. Вне контуров карьера 1. Возможность укладки больших объемов породы в одном месте 2. Низкая вероятность того, что в связи с производст- венными нуждами заполне- нный и рекультивируемый гидроотвал подвергнется пе- реэкскавации 1. Посадка «авангардной» растительности из бобо- вых культур по дамбе и ее склонам 2. Посадка злаковых рас- тений 3. Развитие леса из «аван- гардных» пород (любые по- роды деревьев и кустар- ников: ольха, береза, ива, бузина, ежевика и т. д.) 4. Высаживание деревьев по периферии гидроотва- ла шириной 5 м 5. При наличии на гид- роотвале «бедных пород» необходимо нанесение пло- дородного слоя и его ак- тивизация (физическая, хи- мическая, биологическая) Формируется большое количе- ство органичес- ких веществ Надежная защи- та от эрозии Достигается ак- тивная очистка воздуха от пыли за счет его мень- шей подвижно- сти и более вы- сокой влажности
2. В овраге, на косогоре 1. На дне выра- ботанного про- странства отра- ботанного карь- ерного поля 1. Увеличивается срок консолидации пород 2. Концентрация стока с территории водосбо- ра, в десятки раз пре- вышающей площад ь соб- ственного оврага 3. Возможна активиза- ция оползневых процес- сов на прилегающей тер- ритории 4. Естественный дре- наж затруднен 1. Сравнительно небольшой объем строительных работ 2. Изъятие менее ценных зе- мель 3. Уменьшенный риск вет- ровой эрозии и пыления 4. Благоприятные условия для роста растительности Б. В выработанном простр'ана тве 1. После консолидации на гидроотвале организу- ются: водоем, зона отды- ха, рыбная ферма, озеро 2. По аналогии с пунктом А1 3. Посев трав и создание овощных хозяйств, а в от- дельных случаях распашка 1. При явлении эвтрофикации необходимо, что- бы глубина во- доема была Юм,, а его площадь 100—150 га 2. Для зон отдыха необходимы поло- гие склоны (1:10-*- 15), чередующие- ся с крутыми уча- стками (13) и плав- ный переход дна в склон
сл
V©
Окончание табл. 13.1
Место расположе- ния гидроотвала Факторы, влияющие на окружающую среду Рекультивация гидроотвала Примечания
отрицательные положительные
2. На сухих по- родах в вырабо- танном простран- стве отработанно- го карьера 3. На дне вырабо- танного простран- ства действующе- го карьера 4. На сухих поро- дах в выработан- ном пространстве 1. Риск подтопления за- боев 2. Риск повышения во- допоступления в карьер за счет фильтрации дам- бы 1. Отсутствие подтопления близ- лежащих территорий в ре- зультате фильтрации грунто- вых вод в направлении к гид- роотвалу 2. Повторное использование зем- ли, отведенной для разработ- ки месторождения полезного ископаемого 3. Этап готовой горнотехни- ческой рекультивации в пе- риод эксплуатации карьера 4. Риск пыления практически сводится на нет
гоприятных для роста трав породах отвалов их склоны целесо-
образно засевать семенами многолетних кормовых трав с це-
лью использования под пастбища для скота близлежащих хо-
зяйств. Проведенными на ряде полигонов Урала и в других
районах исследованиями доказана возможность успешного ес-
тественного зарастания техногенных земель после проведения
горнотехнической рекультивации с землеванием и без землева-
ния. Это позволяет оставлять под естественное зарастание поли-
гоны, удаленные от населенных пунктов, после проведения ми-
нимального объема горнотехнической рекультивации, что обе-
спечивает существенную экономию труда и средств.
Большинство россыпей нашей страны, расположенных на
востоке от Урала, по своим физико-географическим условиям
благоприятны для произрастания сибирской и даурской лист-
венниц, осины, тополя, кедра, древесной ивы, березы, ольхи, ря-
бины, черемухи и др.
По данным исследований, естественное зарастание галечных и
дражных отвалов в низинно-равнинной местности составляет
70—100 %, в предгорной — 50—70 и в горной — 10—20 %.
Вскрышные, намывные и эфельные отвалы зарастают почти на
100%.
Самозарастание отвалов начинается после 3—5-летнего пе-
риода и заканчивается к 10—15 годам в низинно-равнинной ме-
стности, к 15—25 годам в предгорной и к 40—50 годам в гор-
ной зоне. При этом более интенсивно лесозарастание происхо-
дит на отвалах высотой до 4 м.
Весьма приемлемым может оказаться искусственное вос-
производство лесных массивов путем посадки саженцев и семян
устойчивых к местным условиям пород деревьев и кустарника.
Посевы семян и посадка саженцев древесных культур на драж-
ных полигонах Урала показали возможность создания искусст-
венных лесных насаждений на площадях, покрытых камени-
стой почвенно-грунтовой смесью. Так, после 2—3 лет прижи-
ваемость саженцев сосны и ели составила 30—60 и 50—80 % со-
ответственно и приживаемость семян — 30—50 %.
Для создания лесных насаждений целесообразен посев се-
мян и других древесных культур из расчета 1—2 кг на 1 га. Вы-
695
саживать на 1 га следует по 5—10 тыс. двухлетних саженцев.
Посадка производится рядами через 1 м при расстоянии между
саженцами 1,5 м.
НИИ земельных ресурсов совместно с НИИ планирования
разработана методика определения экономической эффективно-
сти рекультивации нарушенных земель. В качестве критерия эф-
фективности рекультивации принимается отношение среднего-
довой прибыли (получаемой в результате использования вос-
становленных земель, уменьшения отрицательного воздействия
нарушенный земель на окружающую среду, улучшения сани-
тарно-гигиенических и эстетических условий района) к затра-
там на проведение рекультивационных работ, т. е. экономиче-
ская эффективность капитальных затрат, руб., на рекультива-
цию нарушенных земель.
Эр=Пр/Кр, (13.1)
где Пр — среднегодовая прибыль, получаемая с рекультивиро-
ванных земель, руб., Пр = Пх + Пс + Пу; Кр — капитальные вложе-
ния на рекультивацию нарушенных земель, руб.; Пх — прибыль,
получаемая от использования рекультивированных земель, руб.;
Пс — эффект от уменьшения среднегодового ущерба, причи-
няемого нарушенными землями окружающей среде, руб.; Пу —
эффект от улучшения санитарно-гигиенических и эстетических
условий района (определяется в опытном порядке или экс-
пертной оценкой), руб.
Таким образом, полный и комплексный учет ожидаемого
эффекта от использования восстановленных земель позволит на-
иболее правильно оценить рентабельность намечаемых к про-
ведению мероприятий.
В большинстве районов залегания россыпей полная рекуль-
тивация нарушенных земель должна проводиться для сельско-
хозяйственного использования, а частичная рекультивация —
для восстановления природного равновесия в долинах рек и на
землях, занятых деловым лесом. Нерекультивируемые земли сле-
дует рассматривать как эксперимент естественного хода релье-
фообразующих процессов. При разработке россыпей в случае
отсутствия острой производственной необходимости целесооб-
696
разно сохранять целиковые площади (особенно непосредствен-
но у русла реки).
Затраты на снятие почвы, ее хранение и нанесение на ре-
культивируемые земли, а также на планировку откосов относят-
ся на себестоимость продукции предприятия, а при строитель-
стве предприятий, зданий и сооружений — на их стоимость.
Использование гидромеханизации и драг, как правило, свя-
зано с расходом большого количества технологической воды,
промышленные стоки которой содержат трудноосаждаемые мель-
чайшие минеральные частицы, загрязняющие реки и водоемы и
наносящие ущерб флоре и фауне. Поэтому одной из главных
мер по охране водоемов от загрязнения стоками является пере-
ход на оборотное водоснабжение, обеспечивающее повторное
использование технологических сбросов. Создание необходи-
мых запасов воды для оборотного водоснабжения и восполне-
ния потерь воды осуществляется за счет сбора весенних, дожде-
вых и паводковых вод в низинах, либо в специально создавае-
мых водохранилищах.
Глава 14
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ПЛАНА
ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Генеральный план предприятия — это план комплекса вза-
имосвязанных поверхностных сооружений. В комплекс поверх-
ностных сооружений гидромеханизированного предприятия вхо-
дят карьер с начальными и конечными его контурами, промыш-
ленная площадка, бытовые сооружения, жилой поселок, гидроот-
вал на начало и конец эксплуатации месторождения (рис. 14.1).
Промышленная площадка песчано-гравийного гидромеха-
низированного карьера включает производственно-технологи-
ческие здания (технологический комплекс) для приема, обога-
щения, сортировки и складирования песка и гравия, площадку
для сборки и ремонта машин и механизмов, склады для хране-
ния запасных частей и оборудования, аварийные склады полез-
ного ископаемого, здания и сооружения энергоснабжения, ад-
министративно-хозяйственные и бытовые здания.
При проектировании генерального плана необходимо иметь
следующие исходные данные:
• место строительства;
• решение об отводе земельного участка;
© задание на проектирование, согласованное с территори-
альной проектной организацией;
• очередность строительства и пусковые комплексы;
• основание для принятия строительных решений;
© сведения о местных строительных материалах;
© сведения о климатическом поясе района строительства;
© данные о температуре наружного воздуха в районе стро-
ительства, ветрах, осадках, глубине промерзания грунта;
© характеристику рельефа и гидрологии района;
© характеристику грунтов на участке строительства и в ос-
новании фундаментов зданий, расчетные и нормативные сопро-
тивления;
© сведения о грунтовых водах;
• особые свойства грунтов основания (данные о макропо-
ристости, оползневых и карстовых явлениях и др.);
698
• данные об особых местных условиях (вечная мерзлота,
сейсмичность, подтопление и др.);
• местоположение площадки;
• данные об уклонах поверхности.
Рис. 14.1. Генеральный план предприятия:
1 — карьер; 2 — гидроотвал; 3 — отвал; 4 — промплощадка; 5 ~~ склад BM; 6 — на-
сосная станция; 7 — землесосная станция; 8 — земли, отводимые под гидроотвал; 9 —
земли, отводимые под отвал; 10— поселок; 11 — железнодорожная станция; 12 — кон-
тур карьерного поля
699
При проектировании предприятия необходимы следующие
данные:
• утвержденная схема единого генерального плана промыш-
ленного узла (района);
• сведения о существующих, строящихся и проектируемых
предприятиях и населенных пунктах вблизи проектируемого
объекта;
® документ о согласовании с органами госсанинспекции ме-
стоположения объектов на территории санитарно-защитной зоны;
• документ о согласовании с местными властями и органа-
ми госсанинспекции местоположения гидроотвалов;
• принятые решения по транспортной связи предприятия с
населенным пунктом, карьером, отвальным хозяйством, потре-
бителями и внешней сетью дорог;
• данные о ближайших автомобильных дорогах и их ха-
рактеристика;
• сведения о ближайших железнодорожных станциях и
подъездных путях;
• характеристика площадки, отведенной под строительст-
во, и сведения о возможности расширения предприятия, преду-
смотренные заданием на проектирование;
• данные о природных недостатках площадки (об оврагах,
заболоченности, затоплении и др.) и инженерные мероприятия
для их устранения.
Архитектурно-тарировочное решение содержит:
• обоснованные решения по генеральному плану (описание
местоположения основных и вспомогательных сооружений с
учетом их блокирования, санитарных и противопожарных тре-
бований и очередности строительства предприятия);
• обоснованное архитектурно-планировочное решение ге-
нерального плана (объяснение композиции генерального пла-
на, увязка принятых решений с существующей застройкой);
• решения по планировке и застройке основных проездов;
• размеры элементов генерального плана;
• решения по вопросам медицинского обслуживания, пи-
тания рабочих и служащих;
® описание решений по противопожарной и сторожевой
охране предприятия;
700
• описание ограждения территории предприятия и тип ог-
рады.
• В проекте инженерных сетей, коммуникаций, озеленения
и благоустройства должны содержаться следующие данные:
• описание размещения инженерных коммуникаций;
• описание подземных и наземных сетей и обоснование
принятых решений;
• характеристика схемы озеленения и его вид;
• решения по пропуску людских потоков и конструкции
пешеходных и садовых дорожек;
• основные показатели по генеральному плану.
На генеральный план наносят горизонтали и розу ветров.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Бессонов Е.А. Технология и механизация гидромеханизированных ра-
бот: Справ, пособие для инженеров и техников. — М.: Центр, 1999.
2. Богданов Е.И. Оборудование для транспорта и промывки песков рос-
сыпей. — М.: Недра, 1978.
3. Бруякин Ю.В., Тухель А.Э. Переработка пород при гидромеханизиро-
ванной разработке песчано-гравийных месторождений. — М.: МГИ, 1990.
4. Бубис Ю.В. Сырьевая база горной промышленности России. 4.1.—-
М.: МГГУ, 1996.
5. Временное руководство по содержанию, оформлению и порядку пред-
ставления на государственную экспертизу технико-экономических обоснова-
ний (ТЭО) кондиций на минеральное сырье / Мин-во природ, ресурсов РФ.
Гос. комис. по запасам полез, ископаемых (ГКЗ). — Москва, 1997.
6. Гальперин А.М., Ферстер В., Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охра-
на окружающей среды. — М.: Изд-во МГГУ, 1997.
7. Гидравлическое складирование хвостов обогащения: Справочник / В.И.
Кибирев, Г.А. Райлян и др. — М.: Недра, 1991.
8. Гидротехнические сооружения: Справочник проектировщика. — М.:
Стройиздат, 1983.
9. Гилевич Г.П. Справочное руководство по составлению планов разви-
тия горных работ на карьерах по добыче сырья для производства строитель-
ных материалов. — М.: Недра, 1988.
10. Глевицкий В.И. Гидромеханизация в транспортном строительстве.,—
М.: Транспорт, 1988.
11. Гриневич В.В., Дробаденко В.П., Хныкин В.Ф. Гидромеханизация про-
изводственных процессов разработки россыпных месторождений Северо-
Востока.— Магадан: Магадан, кн. изд-во, 1981.
12. Джваршеишвили А.Г. Системы трубного транспорта горно-обогати-
тельных предприятий. — М.: Недра, 1981.
13. Добрецов В.Б., Лигоцкий Д.Н., Зайцев В.А. Гидромеханизированная
разработка донных озерных отложений. — СПб.: СПГГИ, 1995.
14. Дробаденко В.П., Потапова Т.С., Кисляков В. Е. Гидротехнические со-
оружения при разработке россыпных месторождений. — М.: Недра, 1992.
15. Егоров В.К., Каменецкий В.Л., Харченко С.Л., Штин С.М. Научные и
практические достижения в области гидромеханизации / Под ред. И.М. Ял-
танца. — М.: Изд-во МГГУ, 2001.
16. Емельянов В.И. Открытая разработка россыпных месторождений. —
М.: Недра, 1985.
17. Жарницкий Е.П. Землесосные снаряды с погружными грунтовыми на-
сосами.— М.: Недра, 1988.
18. Животовский Л.С., Смайловская Л.А. Техническая механика гидро-
смесей и грунтовые насосы. — М.; Машиностроение, 1986.
702
19. Зелепукин Н.П., Равинсюлй Л.М., Харин А.И. Справочник гидромеха-
низатора.— Киев: Буд1вельник, 1969.
20. Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и со-
ставе проектной документации на строительство предприятий, зданий и со-
оружений. СНиП П-01—95. Госстрой России. — М., 2000.
21. Истомин В. В., Наумов И.К., Черненко М.Б., Ялтанец И.М, Термино-
логия открытых горных работ / Под общ. ред. акад. В.В. Ржевского. — М.:
МГН, 1987.
22. Каминская В. И., Марченко О.М. Проектирование и устройство намыв-
ных оснований под гражданское и промышленное строительство (Руковод-
ство к ВСН 385—88). —СПб.: ИЦ ВНИИГС, 2000.
23. Кашпар Л.Н. Процессы открытых горных работ в примерах и зада-
чах.— М.: УДН им. П. Лумумбы, 1987.
24. Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твер-
дых полезных ископаемых / Мин-во природ, ресурсов РФ. Гос. комис. по за-
пасам полез, ископаемых (ГКЗ). — Москва, 1997.
25. Колбасин А.А., Середа Г.Л., Тартаковский В.Н. и др. Рациональная
разработка недр и охрана природы на карьерах. — М.: Недра, 1983.
26. Костромин М.В. Разработка научно-методических основ и организа-
ционно-технологических методов повышения эффективности дражных разра-
боток россыпей: Дис. докт. техн. наук. — Хабаровск, 1994,
27. Костромитинов К.Н. Эффективность разработки россыпей и пути ее
повышения. — Иркутск: ИГУ, 1990. — 207 с.
28. Кудряшев В.А., Потемкин С.В. Основы проектирования разработки
россыпных месторождений. — М.: Недра, 1988.
29. Куприн А.И. Руководство по проектированию безнапорного гидро-
транспорта угля, породы и их смесей. — М.: Госгортехнадзор, 1962.
30. Леванов Н.И. Организация и выполнение гидромеханизированных
земляных работ в условиях Крайнего Севера: Дис. в форме науч. докл. на со-
иск. учен. степ. д-ра. Акад, трансп. — М.: Изд-во «Транспортное строительст-
во» Акад, трансп., 1998.
31. .Лезгинцев Г.М. Гидромеханизация разработки россыпей и методы
расчетов. — М.: Наука, 1968.
32. Пешков В.Г. Разработка россыпных месторождений. — М.: Недра, 1985.
33. Липский И.В. Разработка природоохранных гидромеханизированных
технологий для горнотехнической и строительной практики: Дис. канд. техн,
наук. — М.: МГГУ, 2000.
34. Медников Н.Н. Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ.
— М.: МГГУ, 1996.
35. Меламут Д.Л. Гидромеханизация в мелиоративном и водохозяйст-
венном строительстве. — М.: Стройиздат, 1981.
36. Мельников И. Т. Организация и технология гидромеханизации земля-
ных работ на транспортном строительстве в условиях Дальнего Востока и
БАМа. Дис. в форме науч. докл. на соиск. учен. степ, д-ра Акад, трансп. —
М.: Изд-во «Транспортное строительство» Акад, трансп., 1995.
703
37. Минеральное сырье: соль (конъюнктура рынка, современное состоя-
ние и перспективы развития). Тематическая справка. — СПб.: ВНИИГ, 1991.
38. МолочниковЛ.Н., Ляшевич В.В. Эксплуатация и ремонт оборудования
гидромеханизации. — М.: Недра, 1982.
39. Натоцинский В.И. Подготовительные работы при разработке рос-
сыпных месторождений. — М.: Недра, 1975.
40. Новиков Н.Ф., Меламут Д.Л., Каминская В.И., Седых Ю.М. Намыв
площадей для строительства. — М.: Стройиздат, 1984.
41. Нормы технологического проектирования предприятий промышлен-
ности нерудных строительных материалов. — Л.: Стройиздат, 1985.
42. Нурок Г.А., Лутовинов А.Г., Шерстюков АД. Гидроотвалы на карье-
рах.— М.: Недра, 1977.
43. Нурок Г.А., Ляшевич В.В., Кононенко Е.А. Гидромеханизация горных
работ на разрезах. — М.: ЦНИЭИуголь, 1978.
44. Нурок Г.А., Ялтанец И.М. Технология гидровскрышных работ на
карьерах. — М.: ЦНИЭИуголь, 1975.
45. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых гор-
ных работ.— М.: Недра, 1985.
46. Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов. — М.:
Стройиздат, 1986.
47. Олюнин В.В. Переработка нерудных строительных материалов. — М.:
Недра, 1988.
48. Попов Ю.В., Рощупкин Д.В., Пеняскин Т.Н. Гидромеханизация в се-
верной строительной климатической зоне. — Л.: Стройиздат, 1982.
49. Потемкин С.В. Разработка россыпных месторождений. —М.: Недра,
1995.
50. Пучков Л.А., Михеев О.В., Атрушкевич В.А., Атрушкевич О.А. Интег-
рированные технологии добычи угля на основе гидромеханизации. — М.:
Изд-во МГГУ, 2000.
51. Правила безопасности при эксплуатации хвостовых и шламовых хо-
зяйств горнорудных и нерудных предприятий. — М.: Недра, 1989.
52. Примеры расчетов по гидравлике / Под ред. А.Д. Альтшуля. — М.:
Стройиздат, 1977.
53. Рекомендации по проектированию сооружений хвостохранилищ в су-
ровых климатических условиях. — М.: Стройиздат, 1977.
54. Ржевский В.В. Открытые горные работы. — М.: Недра, 1985.
55. Славутский С.О., Антонов В.А., Цвирко П.П. Открытые горные рабо-
ты гидравлическим способом. — М.: Недра, 1965.
56. Смолдырев А.Е. Рекомендуемые методы расчета гидравлического
транспорта. — М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1964.
57. Соляная промышленность. Сер. 25. Состояние техники и технологии
добычи каменной и озерной соли на месторождениях России. Обзорная ин-
формация. Вып. 3. —М.; АгроНИИТЭИПП, 1992.
58. Справочник по разработке россыпей / Под ред. В.П. Березина, В.Г.
Лешкова, Л.П. Мацуева, С.В. Потемкина. — М.: Недра, 1973.
704
59. Справочник по добыче и переработке нерудных строительных мате-
риалов / Составители: Р.Л. Берштейн, В.Я. Валюжинич, К.Л. Ещеркин, Ю.Д.
Тарасов, П.П. Цвирко, Ф.Ф. Шаненко и др. — Л.: Стройиздат, 1975.
60. Справочник по строительству угольных карьеров / А.Н. Ещенко, М.И.
Станкевич и др.; Под общ. ред. Е.Ф. Шешко. — М.: Углетехиздат, 1952.
61. Стариков А.С. Технологические процессы земснарядов. — М.: Тран-
спорт, 1989.
62. Сухацкая Т.В. Положение с поваренной солью в промышленно раз-
витых капиталистических и развивающихся странах // Бюл. иностран. ком-
мерч. информ.— 1988—№ 76.
63. Технические указания по расчету напорного гидравлического транс-
порта грунтов / ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. — Л.: Энергия, 1967.
64. Томаков П.И., Коваленко В.С., Михайлов А.М., Калашников А.Т. Эко-
логия и охрана природы при открытых горных работах. — Мл Изд-во МГГУ,
1994.
65. ТрайНис В.В. Параметры и режимы гидравлического транспортиро-
вания угля по трубопроводам. — М.: Наука, 1970.
66. Тур В.И., Минаев А.В., Карелин В.Я. Насосы и насосные станции.
—М.: Стройиздат, 1977.
67. Харин А.И., Новиков М.Ф. Гидромеханизация земляных работ в
строительстве. — М.: Стройиздат, 1989.
68. Хныкин В.Ф. Гидравлическая разработка россыпных месторождений.
— М.: МГРИ, 1988.
69. Холин Н.Д. Гидромеханизация нерудных стройматериалов. — М.:
Госстройиздат, 1962.
70. Царевский А.М. Гидромеханизация мелиоративных работ. — М.:
Изд-во с.-х. лит., 1963.
71. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных горных пород. —
М.: Изд-во МГГУ, 2001.
72. Шевцов Д.Н. Гидроэлеваторы на предприятиях Северо-Востока. —
Магадан: Магадан, кн. изд-во, 1968.
73. Шелоганов В.И. К расчету характеристик трубопроводов грунтовых
насосов И Сб. науч. гр. МГИ. — М., 1983.
74. Шкундин Б.М. Гидромеханизация в энергетическом строительстве. —
М.: Энергоиздат, 1986.
75. Шорохов С.М. Технология и комплексная механизация разработки
россыпных месторождений. — М.: Недра, 1973.
76. ЮфинА.П. Гидромеханизация. — М.: Стройиздат, 1974.
77. Ялтанец И.М. Выбор параметров гидромеханизации на карьерах. —
М.: Недра, 1980.
78. Ялтанец И.М. Проектирование открытых гидромеханизированных и
дражных разработок месторождений. — М.: Недра, 1984.
79. Ялтанец И.М. Решение задач производственных процессов и техно-
логии открытых горных работ с применением ЭВМ. — М.: МГГУ, 1993.
80. Ялтанец И.М., Бессонов Б.А. Технология разработки обводненных пес-
чаных месторождений в условиях Крайнего Севера. — М.: ЦНТГО-МГИ, 1989.
705
81. Ялтанец И.М, Проектирование гидромеханизации открытых горных
работ. — М.: Изд-во МГГУ, 1994.
82. Ялтанец И.М., Егоров В.К. Гидромеханизация: Справочный матери-
ал. — М.: Изд-во МГГУ, 1999.
83. Ялтанец И.М., Кулагин В.И. Гидромеханизация открытых горных
работ. — М.: Изд-во МГГУ, 1996.
84. Ялтанец И.М., Щадов М.И. Практикум по открытым горным рабо-
там. — М.: Изд-во МГГУ, 2003.
Приложение 1
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ГОРНЫХ ЗАДАЧ
Задача № 1
Рассчитать параметры размыва пород гидромониторами.
Нарисовать схему гидромониторного забоя.
Дано: группа разрабатываемой горной породы — IV; годо-
вой объем вскрышных пород — 1 500 000 м3; продолжитель-
ность сезона — 150 рабочих дней.
Решение (рис. Ш)
1. Часовой расход воды по карьеру
О ~ 1 500 000-9-1,1 43SQ z
ntTK 3-8-150-0,9 ’
где И7, — годовой (сезонный) объем вскрышных пород, м3; q —
удельный расход воды, м3/м3; К\ — коэффициент запаса воды;
п — число смен в сутки; t — продолжительность смены, ч; Тс —
число рабочих дней в году; Ав — коэффициент использования
гидромониторной установки во времени.
2. Число рабочих гидромониторов
„ 2В __ 4350
Q^K' 1530-0,9 Зед”
Рис. Ш. Схема гидравлической разработки пород встречным забоем:
1 — гидромонитор; 2 — землесосная станция; 3 — зумпф; 4 — пульпоотводная канава;
5 — разрабатываемый уступ
707
где бтех — техническая водопроизводительность гидромонито-
ра, м3 / ч; К' — коэффициент, учитывающий высоту уступа, на-
личие в породах корней и камней.
Принимаем гидромонитор марки ГМН-250с с водопроиз-
водительно стью бТех = 1530 м3/ч и напором на насадке Нг = =
60 м.
3. Скорость вылета струи из насадки
Ис = <р = 0,92^2-9,81-60 = 32,8 м/с,
где <р — коэффициент запаса; g — ускорение свободного паде-
ния, м/с2; Нг — рабочий напор воды на насадке, м.
4. Секундный расход воды гидромонитора
а. о
; Qm 1530
3600 3600
= 0,45 м’/с.
5. Расчетный диаметр насадки
d=0,52 =0,52,рД = 0,14 м.
VV60
По таблице принимаем стандартный ^ = 150 мм.
6. Техническая производительность гидромонитора по по-
роде за 1 ч чистой работы
q = = 1530-0,95 = 161 м3/
q 9
где Kf — коэффициент, учитывающий наличие перекачиваю-
щих станций.
7. Годовая производительность гидромонитора по породе
Q=Qnt ТСК = 161-3-8-150-0,9 = 1566000м3.
Задача № 2
Рассчитать параметры гидромониторного размыва на ра-
бочей площадке карьера и изобразить их графически.
Дано', группа вскрышной породы—IV; годовой объем вскрыш-
ных пород— 1 400 000 м3, число рабочих дней в году— 150.
708
Решение (рис. П2)
1. Исходя из группы разрабатываемой породы и высоты
уступа (Яу = 16 м), размыв будем осуществлять встречным за-
боем.
Разработка встречным забоем является наиболее эффектив-
ной, так как струя размывает породу с подбойкой и обрушен-
ная порода смывается равномерно.
2. Необходимый часовой расход по воде
. WTqK,
п tc Тс Кл
1 400 000-9-1,1
3-8-150-0,9
= 3888м3/ч,
где Wr — годовой объем вскрышных работ, м3; q — удельный
расход воды, м3/м3; Ki — коэффициент запаса воды; п — число
рабочих смен в сутки; tc — продолжительность смены, ч; Тс —
число рабочих дней в году; Кв — коэффициент использования
гидромониторной установки во времени.
3. Число рабочих гидромониторов для размыва породы
м - 3888
г Q^K' 2200-0,9
ед.,
где 2тех — техническая производительность гидромонитора, м3/ч.
4. Минимальное расстояние от забоя до гидромонитора
Zmin = а Яу - 0,8 • 16 = 12,8 м,
где а — коэффициент приближения гидромонитора к забою
при ручном управлении; Яу — высота уступа, м.
5. Максимальное расстояние от забоя до гидромонитора
Lax = 0,4 Я,. = 0,4-60 = 24 м,
где Яг — напор на насадке гидромонитора, м.
5. Ширина заходки гидромонитора
4 = 2 = 2у242 -(12,8 + 5,5)2 = 31 м,
где а? — шаг передвижки гидромонитора
N8/Lx+Hy ~3яу _ 7s-242 +162 -3-16
4 “ 4
709
Рис. П2. Схема гидравлической разработки пород на площадке уступа:
1 — землесосная станция первого подъема; 2 — гидромонитор; 3 — водовод; 4 —
пульпопровод; 5—зумпф; 6—пульпоотводная канава
Принимаем значение аг, равное длине стандартной трубы, т. е.
6 м.
6. Часовая производительность карьера по породе
w = = 1.4оо ооо = 4оо м3.
4 TnL 150-3-8
V и
7. Необходимая часовая производительность карьера по ги-
дросмеси
Qr = W (1 - т + q) = 400(1 - 0,35 + 9) = 3860 м3,
где т — пористость разрабатываемой породы, доли ед.
8. Вместимость зумпфа при гидромониторном размыве
О п К 3860-1-2
V = 3 2- = = 129 м3
зум 60 60 ’
710
где п3 — число грунтовых насосов, работающих из одного
зумпфа; К3 — коэффициент запаса вместимости зумпфа.
9. Объем породы, разрабатываемой с одной стоянки гидро-
монитора,
W =Н А а = 16-31-6 = 2976 м2 3 4.
с угг
Задача Лг 3
Рассчитать параметры самотечного гидротранспорта вскрыш-
ных пород на внешний гидроотвал и изобразить графически по-
перечное сечение деревянного лотка.
Дано', высота разрабатываемого уступа — Яу = 10 м; кате-
гория пород — IV; пористость породы — т = 0,35; плот-
ность породы — у = 2,65 т/м3; средняя крупность транспор-
тируемых частиц — Яср = 0,7 мм; годовой объем вскрышных
пород — Wr = 1 790 000 м3; продолжительность летнего перио-
да — Яд = 150 дней; число смен в сутки — п = 3; продолжитель-
ность смены — /с = 8 ч.
Решение (рис. ПЗ)
1. Часовая производительность карьера по гидровскрыше
F4 =
Wr
9
где Кй — коэффициент использования гидроустановок во вре-
мени (Хв = 0,85),
W =
ч
1 790 000
150-3-8-0,85
= 585м3/ч.
2. Удельный расход воды для высоты уступа Яу = Юме
учетом IV категории пород q = 8,1 м3/м3.
3. Часовая производительность гидротранспорта по гидро-
смеси
Q = lf4(l-m + q) = 585(1 -0,35 + 8,1) = 5120 м3/ч, или 1,7 м3/с.
4. Содержание твердого в пульпе, в % от массы воды:
Р
вв
...7____Ю0=_______________
(l-m)q (1-0,35)8,1
= 50 %.
711
Рис. ПЗ. Конструкция деревянного лотка:
1 — стойка; 2 — стяжка верхняя; 3 — обшивка лотка; 4 — планка нижняя; 5 — упор; 6 и 7 —
клин соответственно вертикальный и горизонтальный; 8 — прокладка толевая
5. Величина mi, необходимая для определения соотношения
между шириной лотка Ьл и критической глубиной потока, соот-
ветствующей критической скорости, равна 3.
6. Для dcp = 0,7 мм определяется глубина потока hK, м, соот-
ветствующая критической скорости.
Q = т, h2 (о,3 5 + 2,15 ) К /0,4 .
В нашем случае согласно приведенным расчетам и задан-
ному значению dcp имеем Q = 1,7 м3/с, Рвв= 50 %, dcp = 0,7 мм.
\/о,7/О,4 ,
откуда Ак = 0,33 м.
712
7. Ширина лотка по дну
Ъл = тх hK = 3 • 0,33 = 1,0 м.
8. Площадь живого сечения потока, соответствующая кри-
тической скорости,
шк=Лк&л= 0,33-1,0 = 0,33 м2.
9. Критическая скорость движения гидросмеси
= = одз Ь1 = 5,1м/с,
где Ki — коэффициент неравномерности движения гидросмеси
(*i = 1,1)-
10. Гидравлический радиус потока
п = __ 1,0• 0,33 __ л л
/>Л+2ЛК 1,0 + 2-0,33 ’
11. При коэффициенте, зависящем от шероховатости русла
п = 0,0125, коэффициент Шези С = 64, а уклон русла (лотка)
определяется из равенства
V2 s Г
/=^=-21* =о,оз.
RC2 0,2-642
Схема лотка показана на рис. ПЗ. Превышение высоты лот-
ка над hK составляет 15 см.
Задача № 4
Определить производительность по гидросмеси, длину
фронта работ, ширину заходки при разработке обводненного
песчано-гравийного месторождения земснарядом 350-50Т.
Дано\ категория породы по трудности разработки — V; пас-
портная часовая производительность по породе — Qn. ч = 350 м3;
пористость грунта — т = 0,4; высота подводной части уступа —
Яуп = 12 м.
Решение
1. Часовая производительность земснаряда по гидросмеси
п _ Сп , (? + !-«’)_ 350(18 + 1-0,4) _
ft--------------------------pj-------3700 м3,
713
где q — удельный расход воды на разработку и транспортиро-
вание 1 м3 грунта (д = 18 м3/м3); т = 0,4 — пористость грунта; уо
— плотность воды (уо = 1,0 т/ м3); К3 — коэффициент уменьшения
технической производительности земснаряда в зависимости от
высоты уступа (К3 = 1,0).
Земснаряд 350-50Т с землесосом 20Р-11 обеспечивает необ-
ходимую производительность по гидросмеси при разработке
грунта V категории.
2. Ширина заходки земснаряда
B = 27fsiny = 2-24,5 sin^ = 49M,
где R — расстояние между фрезой и осью напорной сваи при
полностью выбранном ходе тележки; а — оптимальный угол
поворота земснаряда вокруг оси сваи (а = 60°).
3. Длина фронта работ при инвентарном парке понтонов
плавучего пульповода
Г _ 7 , „ 7 . Ав 7 __ 7С_ 7 _
^ф 4зем т *зв *зв
sin^-
= 38 + 25 • 6 + -% 6 -Мтб = 200 м,
sin^ 2'15
где /Зем — длина корпуса земснаряда (по техническим данным
/зем = 38 м); Z3B — длина звена плавучего пульпопровода (по тех-
ническим данным Z3B = 6 м); п — инвентарное число звеньев
плавучего пульпопровода (п = 25); со — угол поворота шаро-
вого соединения плавучего пульпопровода (по паспортным
данным ой = 15°).
Задача № 5
Выбрать тип земснаряда и определить параметры разработ-
ки и гидротранспорта. Построить схему работы земснаряда в забое.
Дано\ тип залежи — УГСП; нормальная средняя мощность
продуктивной толщи — 15 м; мощность вскрыши до верхнего
продуктивного горизонта: минимальная — 0,3 м, максимальная
— 0,5 м; размеры залежи в плане — 200 х 700 м; суточная про-
714
изводительность по горной массе — 5000 м3; глубина залегания
уровня грунтовых вод от поверхности — 2,0 м; плотность грунта
—ут = 2,65 т/м3; пористость—т = 0,35; грансостав: 0,14-0,25 мм —
9 %; 0,254-0,5 мм — 4 %>; 0,54-1 мм — 6 %; 14-2 мм — 11 %; 24-3 мм —
24 %; 34-5 мм —19 %; 54-10 мм — 15 %; 104-20 мм — 7 %; 204-40 мм —
5 %; высота подъема гидросмеси — 12 м; максимальная даль-
ность транспортирования по магистральному трубопроводу —
1,2 км; водоснабжение прямое.
Решение
1. Выбор типа земснаряда.
1.1. Группа грунта по трудности разработки — V.
1.2. Техническая производительность земснаряда по грунту
Q _ 5000
nt Кв 3 • 8 • 0,6
= 346 м3/ч,
где п — число рабочих смен в сутки (п = 3); t — продолжитель-
ность смены (Z = 8 ч); К* — коэффициент использования зем-
снаряда во времени (Кй = 0,6).
1.3. Для разработки тяжелых песчано-гравийных грунтов V
группы принимается земснаряд 350-50Т. Данный земснаряд обе-
спечивает в грунтах V группы производительность до 350 м3/ч
при глубине разработки до 18 м. На земснаряде установлен грун-
товой насос ЮР-ИМ, обеспечивающий производительность по ги-
дросмеси в оптимальном режиме 3500 м3/ч. Земснаряд оборудо-
ван напорным свайным ходом (рис. П4).
1.4. Проверка грунтового насоса земснаряда по условиям
всасывания. Для этого определяются потери напора, м, во вса-
сывающей линии
я = я t+я G_ь V,- in/ + h
вс г у® р У J и Yo вс м То То ul
где Нг — геодезическая высота всасывания (Нг = -0,8 м, знак
«минус» означает, что ось землесоса расположена ниже уровня
воды в забое); Нр — глубина разработки (Яр = 13,5 м); уо —
плотность воды (уо = 1 т/м3); уг— плотность гидросмеси, т/м3;
& 6Г (Yt ~ + Y° = (1,65 +1) = 1,11 т/мз,
715
io — удельное гидравлическое сопротивление при движении во-
ды по всасывающему трубопроводу. При диаметре всасываю-
щего трубопровода Ас = 600 мм и расходе 3500 м3/ч io = 0,0215
м/м (по табличным данным); /вс — длина всасывающего трубо-
провода (по техническим данным /вс = 35 м); Квс — скорость
гидросмеси во всасывающем трубопроводе,
Qr _ 3500-4
3600 д В2 3600-3,14-0,362
DV z •*
= 3,34 м/с;
Рис. П4. Схема работы земснаряда в забое
716
hu — местные потери напора в шаровых шарнирах, местах су-
жений, коленах и др. (принимается в приближенных расчетах
как 5—10 % от гидравлических сопротивлений по длине всасы-
вающего трубопровода; принимая 10 %, hM = 0,084 м); — по-
тери напора в щели всасывания, м,
h, = /г + Л ,
щ отр вх ’
Аотр — потери напора на отрыв от забоя (при фрезерном и ро-
торном рыхлителе h0Tp = 0); Лвх — потери напора во всасываю-
щем наконечнике, м,
V2 3 342
ь Ьс._л _ q 37 м.
'*вх Лвх 2g v’u2-9 8 ’ ’
(к„ -0,2)w (3,34-0,2)°
Явс =-0,89+1,35 + 0,835+0,084+0,57 + 0,37 = 2,34 м.
Допустимая вакуумметрическая высота всасывания при ра-
боте землесоса на гидросмеси
= 5-1,11-10-0,11=6,1м,
Го <го 7
где Явак — вакуумметрическая высота всасывания на воде (Явак =
= 6,5 м); Яа— атмосферное давление (Яа = 10 м вод. ст);
ЯВС<ЯВВК.Г= 2,34 <6,1.
Потери напора во всасывающем трубопроводе земснаряда
меньше допустимого вакуумметрического напора. Следователь-
но, земснаряд будет работать в нормальном режиме без срыва
вакуума.
2. Подготовка пород к выемке.
Земснаряд 350-50Т оборудован фрезерным рыхлителем от-
крытого типа ФО-350. Расчетная производительность рыхли-
теля по тяжелым грунтам 350 м3/ч. Рыхлитель разрабатывает
грунт и подает его к всасывающему наконечнику.
2.1. Скорость папильонирования при свайно-троссовом спо-
собе перемещения земснаряда
717
Qr _ 350__________
607ф Z>;pp R, RJR^ 60• 1,36• 1,8b0,95• 0,9• 0,3
= 3,4 м/мин,
где /ф — длина фрезы, м; — средний диаметр фрезы, м; Ri —
коэффициент, характеризующий степень использования фрезы
по длине (при напорном свайном ходе Ri = 0,54-1,0); 7?д— коэф-
фициент, характеризующий степень использования фрезы по диа-
метру (при разработке плотных связных грунтов Ад= 0,85^-0,95);
Япр — коэффициент просора (потерь) грунта (Япр = 0,75-5-0,85).
По технической характеристике земснаряда скорость на ба-
рабанах папильонажных лебедок изменяется от 0,7 до 16,5 м / мин.
Полученное значение К близко к оптимальным скоростям па-
пильонирования в 4—5 м/мин.
2.2. Окружная скорость вращения фрезы
Гфр = (0,6-5-0,85) Гвс =0,7-3,34 = 2,41 м/с.
Большие значения коэффициента принимаются при разра-
ботке связных грунтов. Для нашей группы пород принимается
его значение 0,7. Пересчет на скорость вращения фрезы в об/мин:
60 60-2,41
"фр iD* 3,14-1,81
= 24,6 об/мин.
Техническая скорость вращения фрезы 12,8 и 24 об/мин. При-
нимается НфР = 24 об/мин.
2.3. Необходимая мощность электропривода фрезерного
рыхлителя
N. =Q (о = 346 • 0,45 = 155 кВт,
фр ’
где со — удельная мощность привода фрезерного рыхлителя,
приходящаяся на 1 м3 часовой производительности, принимает-
ся по таблице.
Мощность установленного на рыхлителе двигателя 320 кВт.
Рекомендуется при отработке данного месторождения снизить
установленную мощность двигателя до 200 кВт.
718
3. Определение параметров выемки.
Принимается блочная отработка месторождения. Блоки от-
рабатываются параллельными заходками. В заходке земснаряд
перемещается свайно-троссовым способом при напорном свай-
ном ходе. Схема перемещения веерная.
3.1. Ширина заходки земснаряда при веерном перемещении
B = 2tfsin^ = 2-61sin40° = 78M,
где R — горизонтальное расстояние между напорной сваей и фре-
зой, м; а — угол поворота земснаряда в заходке (а = 80°);
R = Lo cos В +1 = 25,3 • 0,846 + 29,5 = 61 м.
г* ,
Угол наклона рамы рыхлителя к горизонту
sin р = -^ = 1|г| = 0,535,
р ’
откуда р = 32°.
3.2. Шаг передвижки земснаряда
5' = /ф7?/соз р = 1,36-0,95 0,46 = 1,1 м.
Ход тележки напорной сваи земснаряда 350-50Т равен 6 м.
3.3. Объем грунта, разрабатываемого земснарядом с одного
шага передвижки,
Кс = В Яу 5 = 78-15-1,1 = 1947 м3.
3.4. Время работы земснаряда за один шаг передвижки
, _ _1947 ~й
z‘~a~w~64-
4. Расчет параметров гидротранспорта.
Расчет проводится по Инструкции, разработанной ВНИИГ
им. Б.Е. Веденеева, МИСИ им. В.В.Куйбышева, ВНИИНерудом.
719
Расчет состоит в определении критической скорости, удель-
ных гидравлических сопротивлений, суммарного напора, необ-
ходимого для транспорта материала, подборе дополнительных
грунтовых насосов.
4.1. Средневзвешенный диаметр частиц грунта
StZ.P, „
^ср “ юо мм’
где dt и Pj — соответственно средневзвешенная крупность и
процентное содержание г'-й стандартной фракции.
4.2. Средневзвешенный коэффициент транспортабельности
грунта
ср
100
= 1,44,
где Ч* — коэффициент транспортабельности грунта f-й стандарт-
ной фракции.
4.3. Коэффициент разнозернистости грунта
3J|0 _ 3-0,18
°’13’
где dio и б?9о — крупность частиц грунта, мельче которых в со-
ставе содержится соответственно 10 и 90 %.
4.4. Объемная консистенция гидросмеси
S = Il-~ 1р. = -.b-9. = jail = 0,067.
7т“7о 2,65-1,0 1,65
4.5. Критическая скорость движения гидросмеси
Гкр = 8,3 = 8,3 ^6 ^/0,067-1,44 = 4,7 м/с,
где D — диаметр напорного трубопровода (принимается рав-
ным диаметру плавучего пульпопровода земснаряда 350-50Т, D =
= 0,6 м).
4.6. Фактическая скорость гидросмеси
у 4Qr
ф 3600 nD2
= 3,34м/с.
720
В связи с тем, что критическая скорость в 1,4 раза больше
фактической, применять трубопровод диаметром 0,6 м нельзя
из-за возможной его закупорки. Повторяется расчет для трубо-
провода D = 0,5 м:
при D = 0,5 м, Кр = 4,47 м/с, Рф = 5 м/с.
Комплектуется земснаряд 350-50Т плавучим пульпопроводом
D = 0,5 м от земснаряда 300-40М. Магистральный трубопровод
аналогично принимается диаметром 0,5 м.
4.7. Удельные гидравлические сопротивления
ir = i0 + Az = 0,038 + 0,047 = 0,085 м/м,
где iQ — гидравлические сопротивления при движении воды,
которые находятся по формуле Дарси—Вейсбаха;
v2 с2
'° = ^TgD = 0,0152-9,8-0,5 = 0,038
где Хо— коэффициент гидравлических сопротивлений; А/ —
дополнительные гидравлические сопротивления, обусловлен-
ные наличием твердых частиц в потоке гидросмеси,
= 3 V7 = 0,53 #3 ## = 0,047 м / м;
8 — коэффициент, учитывающий влияние относительной круп-
ности частиц грунта dc$ID\ Qr. кР, бг — расход гидросмеси соот-
ветственно при критической и фактической скорости, м3/ч.
4.8. Необходимый напор для транспортирования
^ = V + V+A„ + An+A3eM + A„r =
= 25,5 +102 + 6,4 +13,3 + 2,1 + 5 = 154,3 м,
где Л/ — гидравлические сопротивления по длине плавучего
пульпопровода;
а; = 2 /г £п = 2 0,085 -150 = 25,5 м,
где Ln — длина плавучего пульпопровода (Ln = 150 м); h" —
гидравлические сопротивления по длине магистрального пуль-
попровода,
721
AzM=iZ =0,085-1200 = 102 м,
где LM — длина магистрального пульпопровода, м; йм — мест-
ные гидравлические сопротивления (принимаются как 5—10 %
от сопротивлений по длине пульпопровода),
= 0,05(й," + *,”) = 6,4 м;
hn — высота подъема гидросмеси,
Л„ =Z —= 12-1,11 = 13,3 и,
Уо
где Z — разность отметок выпуска гидросмеси и оси землесоса,
м; Л3ем — гидравлические сопротивления в пределах корпуса
земснаряда,
V* s2
^зем =^з —=1,65—-------= 2,1М,
ем 2 g 2-9,8
Аосг — остаточный напор на конце пульпопровода (hon = З-т-5 м).
На магистральном трубопроводе устанавливается перекачи-
вающая землесосная станция, оборудованная двумя последова-
тельно соединенными грунтовыми насосами 20Р-11М. Для уве-
личения надежности работы станции устанавливаются два ре-
зервных насоса 20Р-11М.
Задача № 6
Рассчитать параметры дражного забоя, производительность
драги и игловую оттайку пород.
Дано: система разработки — одинарно-поперечная; средняя
мощность продуктивной толщи — Яр = 10 м; мощность вскры-
ши до верхнего продуктивного горизонта: минимальная — 0,5 м,
максимальная —1,5 м; размеры залежи в плане — L = 5000 м, В =
= 200 м; район работ — бассейн р. Колыма; россыпь расположе-
на в пойменной части ручья; категория пород — III; уклон доли-
ны — i = 0,008; средний уровень воды — 9 м выше плотика;
россыпь отрабатывается драгой 250Д.
722
Таблица Ш
Решение
Обозначение параметра Значение па- раметра, м Название параметра драги 250Д
д 42,8 Длина понтона
ю 0,95 Расстояние от оси понтона до оси сваи
г 19,2 Расстояние от носа понтона до оси верхне- го барабана
Л. 31,7 Длина черпаковой рамы между осями ба- рабанов
г 1.7 Радиус черпания на нижнем барабане
Б 10,8 Высота установки оси верхнего барабана над палубой понтона
Н4 — Расстояние от точки выемки до уровня во-
ды
О 1.0 Высота подводного борта понтона
э 9,0 Ширина понтона в носовой части
р 1,07 Ширина режущей части черпака
У 0,6 Расстояние между краевой точкой режущей части в черпаке и торцовой крышкой под- шипника нижнего барабана
И 9,4 Длина носового сноса по борту
ш 18,6 Ширина понтона
м 5,2 Расстояние между сваями
У 17,4 Ширина установки кормовых колод
к 10,0 Длина кормовых колод
т 32,2 Длина отвалообразователя
л 4,4 Расстояние до места установки опоры ста- кера над палубой
Д1 1,2 Диаметр верхнего барабана
1. Расчет дражного забоя.
1.1. Ширина дражного забоя
В = 2Asm-y, м,
м
где R — радиус черпания, м; Р — угол маневрирования, градус.
Для расчетов дражного забоя необходимо определить ра-
диус черпания на уровне воды, по дну разреза, на среднем го-
723
ризонте, а также минимальным и оптимальный углы маневри-
рования.
1.2. Радиус черпания на уровне воды
Л, =Д + Ю-Г + ^(А + г)2-(Б + 6±Н4У =
= 42,8 + 0,95-19,2 + 7(31,7 + 1,7)2-(10,8 + 1,0±0)2 = 56,1 м.
1.3. Радиус черпания по дну разреза
Яд=Д + Ю-Г + ^А2-(Б + б + Н1+г-г)2 ,
где — подводная глубина россыпи,
Я, = Я -М = 10-1 = 9м;
1 р
Z — глубина задирки плотика (Z = 0,3 м);
R = 42,8 + 0,95-19,2 + 7з1,72 -(10,8+1,0 + 9 + 0,3-1,7)2 = 49,9 м.
1.4. Радиус черпания на среднем горизонте
Д. =Д + Ю-Г + ^(А + г)2 ~(Б+б±Н, -0,5Яр)2 =
= 42,8+0,95-19,2 + 7(31,7 + 1,7)2 -(10,8 + 1,0 + 9-0,5,-Ю)2 = 54 м.
1.5. Наименьший угол поворота драги
₽т„ = 16,7
тх т2 у] т2 т2 + и2’ п2 - S2 - пх n2S
_ — _ _
тг т2 + пх п2
где
= R. - (Д + Ю) = 54,0 - (42,8 + 0,95) = 10,85 м;
и, =0,5 (Э-/>-2У) = 0,5 (9,0-1,07-2-0,6) = 3,4 м;
м, = Rc - (Д + Ю - Я) = 54,0 - (42,8 + 0,95 - 9,4) = 9,6 м;
724
п2 = 0,5 (Ш - 7> - 2 У) = 0,5(18,6 -1,07 - 2 0,6) = 8,2 м;
S = е + К а ,
где е — безопасный зазор на уровне днищ понтона, который
принимается равным 10=20 % от высоты надводного борта
россыпи,
е = 0,2-1 = 0,2 м;
К— коэффициент, учитывающий высоту бортового зуба (К =
= 0,46); а — зашагивание на забой (а = 4 м);
₽min = 16>7x
10,252 9,6^10,252 -9,62 -3,42 8,22 -2,052 - 3,4 8,2 • 2,05
10,252-9,62+3,42-8,22
= 75°.
1.6. Оптимальный угол маневрирования
х 100 1
Рн = 47’8 3i
1000
где Рб — скорость бокового перемещения драги (F6 = 0,15 м/с);
Я'— мощность россыпи, отрабатываемая черпаками (принима-
ется Я' = 9,0 м в предположении, что вся подводная часть рос-
р
сыпи отрабатывается черпанием), м; h — продолжительность за-
шагивания драги на новый забой (Zi= 4=30 мин, принимаем
t\ = 20 мин); t2 — время простоев драги в углах забоя при пере-
ходе к выемке нижележащего слоя (ti = 0,2=1 мин, для расчета
t2 = 0); h — величина послойного опускания рамы (мощность
отрабатываемого слоя), м,
7 Л , 41£
h = 0,1 J-—,
V аР
где Е — вместимость черпака (Е = 0,25 м3); р — коэффициент
разрыхления породы Ш категории (р = 1,25),
Л = 0,1М-^5 «0,14 м
U i J. j
725
₽, =47,8з 1 000 0’15.^4Г20 + ^0,8^70°.
у У' u4r,v V U,14 у
В связи с тем, что оптимальный угол меньше минимально-
го, т. е. pmin > Рн, то по условиям нормальной работы драги не-
обходимо принять угол, равный минимальному, с некоторым
запасом для маневрирования.
Окончательно принимается р = 80°.
1.7. Ширина дражного забоя по поверхности
Ь, = 2sin| = 2-56,1-0,63 = 71 м.
1.8. Ширина дражного забоя по дну разреза
b, = 2 R sin = 2-49,9-0,63 «63 м.
1.9. Ширина дражного забоя на среднем горизонте
ic = 27?с sin у = 2-54-0,63 « 68м.
Угол откоса бортов разреза (рис. П5):
2(H+Z} 2(10 + 0,3)
= = = 8 = 69".
Рис. П5. Схема разреза в сечении
726
2. Определение размеров и размещение дражных отвалов
(рис. П6, П7).
|Щ|| ! II ! ....................... -МИ....I ....................>..................... 'мп.»................ *——........
Рис. П6. Схема размещения отвала в плане
Для расчетов необходимы следующие коэффициенты (по С.М.
Шорохову):
цк = 0,35 —коэффициент каменистости;
Цп = 0,04 — коэффициент пропуска пород через подчерпа-
ковый уловитель;
цг = 0,06 — коэффициент недогрохачиваемости пород в
бочке;
На = 0,02 — коэффициент выноса породы.
727
rJ..
Л /92
Ах /6.5
Рис. П7. Схема размещения отвала в продольном сечении
2.1. Коэффициент выхода пород на отвалообразователь
ц _ р.п + Цг = 0,35 - 0,04 + 0,06 = 0,37.
2.2. Площадь поперечного сечения нижнего эфельного отвала
=ЯрЬс(1-ц-р,в)рм,
где рм — коэффициент разрыхления пород в эфельных отвалах
(рм = 1,07ч-1,12, принимаем рм = 1,1);
5] =10-68 (1-0,37-0,02)1,1 = 442м2.
2.3. Приближение кормовой колоды к отвалу, м,
1к = 0,5(У + М) sin|-fl-cos^(X-^) =
= 0,5(17,4 + 5,2)0,63-(1 -0,77)(10,0 - 0,95) «5,0 м.
2.4. Расстояние от кормы до гребня отвала
1в = К + 1к + У,,
где У1 — расстояние выброса эфелей за кормовую колоду (У! =
= 0,4 м);
/н = 10 + 5,0 + 0,4 = 15,4 м.
728
2.5. Подводная глубина разреза в месте укладки эфельных
отвалов
HT=H'f+z-Xi,
где Xi — величина подъема плотика в месте укладки отвалов (xi =
= 0м);
Яг=9 + 0,3 = 9,3 м.
2.6. Высота нижнего отвала при ц = 0,35 принимается в
пределах (0,5 * 1)Я , т. е.
h = 0,8Я = 0,8-9,3 «7,5 м.
2.7. Радиус рассеивания гали, м,
R = (т1 + Гдоп)со8(р + У2-Л-Ю,
где ф — угол наклона рамы отвалообразователя (принимается
Ф = 18°; cos ф = 0,95); У? — расстояние выброса гали за ось окна
выброса (У2= 0,74-1,5 м, принимаем У? = 1 м); Тдоп — расстояние
между осями верхнего барабана и окном выброса гали,
Тдоп = 0,5Д + (0,2 ч- 0,4) = 0,5 • 1,2 + 0,3 = 0,9 м;
R = (32,2 + 0,9) 0,95 + 1 - 4,4 - 0,95 = 27 м.
2.8. Высота верхнего отвала над эфельным отвалом, м,
/?в = (ц Яр 4- z) v р е + 0,25 a tg 5г,
где 8 — коэффициент перераспределения гали (е = 0,974-1,07, при-
нимаем 8 = 1); 5Г — средний угол наклона галечного отвала в сто-
рону понтона (5Г = 30°); v — коэффициент сосредоточенности
отсыпки,
Rc 54 1 Q
v = —— = — = 18
Д 30 ’ ’
Д— ширина рассеивания гали (Д =30 м);
лв = (0,37 • 10 + 0,3)1,8 • 1,25 • 1 + о,25 • 4 • 0,56 » 9,5 м.
2.9. Полная высота дражного отвала
729
h = h +h -h = 7,5 + 9,5-0,5 = 16,5м,
_ де hOc — осадка отвала (hoc = 0,5 м).
Основные расчетные параметры дражного разреза приве-
дены на рис. П6 — П9.
730
н ’
3. Определение производительности драги.
3.1. Часовая производительность драги
__ 60 Е п
р
где Кп — коэффициент наполнения черпаков (Кн = 0,74); п = 28
— число черпаков в минуту;
g = 60; 0,25 - 28 0 74 * 250 м3/ч
1,25
3.2. Суточная производительность драги
QCyr ~ 247СИ <2Ч,
где Ки = 0,75 — коэффициент использования драги в течение
суток для районов Северо-Востока,
0сут =24-0,75-250 = 4500 м3/сут.
3.3. Сезонная производительность драги
О = О Т ,
*^сез *^сут сез9
где 7сез = 165 дней — средняя продолжительность сезона для
районов Северо-Востока,
Q = 4500 • 165 = 750 000 м3/сез.
•‘-'сез
4. Расчет процесса иглового оттаивания мерзлых пород.
Для расчета необходимы следующие параметры:
Гн = 8 °C — температура воды, подводимой к игле;
t'n = 2 °C — необходимая температура оттаивания пород;
/п = -4 °C — температура мерзлых пород;
рв = 0,15 — коэффициент влажности пород;
Л7Р = 120 дней — продолжительность оттаивания.
4.1. Количество теплоты, необходимое для нагрева 1 м3 мер-
злой породы до заданной температуры, ккал/м3,
К = К. + ТС + Кг + К.,
т 1 2 3 4 ’
где К\, Кг, Кз, Хд — количество теплоты соответственно для на-
грева мерзлых пород, для нагрева льда до 0 °C, на плавление
льда, на нагрев воды до 2 °C.
731
К - c. (d -)
1 * ТВ 1 \ П П/
где Cj = 0,2 ккал/(кг- °C) — удельная теплоемкость твердой ча-
сти породы;
^тв
1000 Y с _ 1000-1,85
1 + Рв ” 1 + 0,15
«1600 кг;
при плотности утв = 2,65 кг/дм3 для песков и пористости т = 0,3;
Kt =1600-0,2(2-(-4)) = 1920 ккал/м3.
K2=g,C2^-tn),
где Сг = 0,5 ккал/(кг- °C) — удельная теплоемкость льда;
о= 1000 у - у= 1 000 • 1,85 -1600 = 250 кг;
К2 = 250-0,5(0-(-4)) = 500 ккал/м3;
К3 = q* Сп = 250• 80 = 20 000 ккал/м3,
где Сп = 80 ккал/кг — удельная теплота плавления льда.
к>=<7жсв(/;-о°).
где Св = 1 ккал/(кг-°С) — удельная теплоемкость воды;
К. =250-1-2 = 500 ккал/м3.
4
К, =1920 + 500 + 20 000+500 = 22 670 ккал/м3.
4.2. Удельный расход воды на игловую оттайку
К.
а- ----- --2_-----
1000(z,-ri)C,Ti
где т| = 0,4+0,5 — коэффициент использования тепла, принима-
ем т] = 0,5;
а = ,ллл7Ь « W м3/м3.
1000(8-2)1-0,5
732
В соответствии с рекомендациями расстояние между иглами
принимается в пределах 3-НО м, а расход воды через иглу
0,5^1 л/с.
Тогда расстояние между иглами /н = 6 м и расход воды че-
рез иглу
<2И =0,8 л/с = 2,88 м3/с.
4.3. Продолжительность действия гидроиглы, включая осад-
ку и выдержку при непрерывной подаче воды,
7= ' W
где W — объем породы, оттаиваемой иглой,
W = /2 =10-62 =360 м3;
„ 360
Т = 7,2 * 38 Сут-
Z4 * Z,OO
4.4. Общее число игл на участке россыпи, где должно быть
окончено оттаивание в течение теплового сезона,
с
ТУ =115 —
общ /2 ,
и
где S' — площадь участка, м2.
Площадь участка определяется по формуле при Яр = 10 м и
£?сут “ 4500 м3/сут
S = = 450Q • 120 = 54 000 2.
Яр 10
Тогда
^=1,15^^ = 1650.
4.5. Число одновременно работающих игл
t(n -N )
ДГ _ \ общ пр /
1 ’ гр гр >
1 общ “1
733
где JVnp — число предварительно погруженных игл для работы
в следующем сезоне (для расчетов принимаем Nnp = 0);
Тобщ = Np = 120 сут (дней).
После подстановки значений имеем
N =
38(1650-0)
120-38
= 780.
4.6. Производительность насосной станции
а = N Qw = 780 • 2,88 = 2250 м3/ч.
i-'Н. СТ Х-'Н ’
Задача № 7
Определить оптимальную ширину и начертить схему забоя
при разработке россыпи драгой 250Д.
Дано: средняя мощность продуктивной толщи-—Яр = 10 м,
размер залежи в плане — LxB = 7000 х 300 м; район расположе-
ния месторождения — бассейн р. Амур; категория пород — Ш.
Решение (рис. П10)
1. Оптимальная ширина забоя драги, м,
В
В -2R sin^77-,
н с 2
где Rc — радиус черпания драги на среднем горизонте, м;
Rc = D + K)-r + ^А + г)2-(Б + б+Н,-0,5НеУ ,
где все данные прини-
маем по табл. П1: Д -
= 42,8 м — длина пон-
тона; Ю = 5,2 м — рас-
стояние от оси пон-
тона до оси сваи; Г =
= 19,2 м — расстояние
от носа понтона до вер-
тикальной оси верхне-
го барабана; А = 31,7 м
— длина черпаковой
Рис. П10. Схема забоя при
разработке россыпи драгой
250Д
734
рамы между осями барабанов; г = 1,7 м — радиус черпания на
нижнем барабане; Б = 10,8 м — высота установки оси верхнего
барабана над палубой понтона; б = 1 м —- средняя высота над-
водного борта; Н\ = 10 м — глубина черпания (принимаем рав-
ной мощности россыпи); Нр = 10 м — мощность россыпи;
Яс = 42,8 + 5,2 -19,2 + ^(31,7 +1,7)2 - (10,8 +1 +10 - 0,5 • 10)2 = 62 м.
Оптимальный угол маневрирования драги
V h ( Н \
р„= 47,8 5 1000-5— / +-£-г2 ,
Кб — скорость бокового перемещения драги (Кб = 0,14 м/с); h —
мощность одного отрабатываемого слоя,
h = 0,1
Л - /41-0,25 Л ,,
~0, 93,4-1,25 °’6М’
а — величина зашагивания драги, м,
а = (1,8 4- 2,8)2 = 2,0-1,7 = 3,4 м;
р = 1,25 — коэффициент разрыхления породы; 12 — время про-
стоев драги в углах забоя при переходе к выемке нижележащего
слоя (?2 = 0,2-J-1 мин, для расчета принимаем = 0,8 мин); /1 —
продолжительность зашагивания драги (Zi= 4-5-30 мин, для рас-
чета t\ = 25 мин);
р„ = 47,8? 1000
у IV * Ох»
25+ -3^0,8^ = 50°.
к 0,16 )
Тогда Вн =2-62 sin 50/2 = 51 м.
Задача № 8
Выполнить расчеты по охране поверхностных вод от за-
грязнения.
Общие требования к составу и свойствам воды контролиру-
ются органами по регулированию использования и охране вод
с участием учреждений санитарно-эпидемиологической службы
и органов, осуществляющих охрану рыбных запасов.
735
В соответствии с ВСН 486—86 концентрация взвешенных
веществ не должна превышать: 0,25 мг/л — для хозяйственно-
питьевого водоснабжения пищевых предприятий и для рыбо-
водных прудов, предназначенных для воспроизводства ценных
видов рыб; 0,75 мг/л — для водоемов, предназначенных для ку-
пания, спорта и отдыха. Спуск крупных взвешенных частиц (гид-
равлическая крупность более 0,4 мм / с для проточных водоемов и
более 0,2 мм/с для водохранилищ) вообще запрещен. Очень жест-
кие требования предъявляются к сбросу нефти, керосина и дру-
гих горючесмазочных материалов, предельно допустимая кон-
центрация которых не должна превышать 0,05 мг/л для рыбо-
водных прудов и 0,1 мг/л для других водных объектов.
Конкретные рекомендации по проектированию и расчету ме-
роприятий, предотвращающих загрязнение водоемов, приведены
в Методических указаниях по применению Правил охраны по-
верхностных вод от загрязнения сточными водами (ВНИИ
ВОДГЕО, 1982).
Решение
Необходимую длину прудка-отстойника находят по формуле
Z = KHVJW>
ОТ ООО ’
(П1)
где Ко — коэффициент, учитывающий несовершенство отстой-
ника (принимается равным 1,5—2,0); Но — глубина воды в от-
стойнике, м; Ио — средняя скорость движения пульпы в от-
стойнике, м/с; W— гидравлическая крупность частиц, осажда-
ющихся в прудке, м/с.
Расчет допустимого сброса веществ в водные объекты вы-
полняется с учетом требований Правил охраны поверхностных
вод от загрязнения сточными водами. По данным рыбоохраны,
допустимая концентрация взвешенных веществ в реке опреде-
ляется по формуле
^=(«е/ест+1К„+^р, (П2)
где а — коэффициент смешивания, т. е. доля расхода водоема,
которая реально может участвовать в разбавлении сточных вод;
Q и — расход соответственно воды в водоеме и сточных вод,
поступающих в водоем, м3/с; KRQn — допустимое увеличение кон-
центрации взвешенных веществ (значение Хд0П принимается рав-
ным 0,25 и 0,75 мг/л в зависимости от вида водопользования);
736
Кр — концентрация взвешенных веществ в воде водоема выше
места выпуска рассматриваемого стока, мг/л.
Коэффициент а для проточных водоемов определяют по
формуле Фролова—Родзиллера:
a=i+e/(L₽)’ (ПЗ)
где р = е~а^ (здесь L — расстояние по фарватеру от места вы-
пуска сточных вод до створа ближайшего пункта водопользо-
вания, м; ai — коэффициент, учитывающий гидравлические ус-
ловия смешивания).
Коэффициент а\ рассчитывают по формуле
а, = ev ^D/Qa , (П4)
где е — коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод
в водоем (при выпуске у берега е = 1); v — коэффициент изви-
листости рек, равный отношению расстояния по фарватеру от
места выпуска сточных вод до створа ближайшего пункта во-
допользования к расстоянию до того же пункта по прямой; D
— коэффициент турбулентной диффузии.
Для равнинных рек
Д = ГЯв/200, (П5)
где Кт — средняя скорость течения реки на участке между вы-
пуском сточных вод и створом пункта водопользования, м/с;
На — средняя глубина водоема на том же участке, м.
Расчет загрязненности воды на карте намыва ведут в следу-
ющем порядке. Определяют среднюю скорость движения пульпы,
м/с, от места выпуска до водосбросного колодца по формуле
V,=Qal(_Bh), (П6)
где Qcr — расход воды, сбрасываемой через водосбросный ко-
лодец, м3 / с; В — активная ширина прудка-отстойника, м; h —
глубина прудка-отстойника, м.
Вычисляют гидравлическую крупность частиц грунта, оса-
ждающихся в прудке, по формуле
FF=XKn#./Z,1} (П7)
737
где Xi — коэффициент, учитывающий неравномерные гидрав-
лические условия осаждения (Х| = 1,2-е-1,6); Hi— глубина прудка у
водосбросного колодца, м; L\ —длина прудка-отстойника, м.
Загрязненность воды, мг/л, находят по формуле
Рк=1ОООРр/(3,60ст), (П8)
где Р — расход твердых частиц, сбрасываемых через водо-
сбросный колодец, м3/с; р — плотность грунта, т/м3; Qcr — рас-
ход воды, сбрасываемой через водосбросный колодец, м3/с.
Полученное значение Рк сравнивают с допустимой концен-
трацией взвешенных веществ в реке. Если Рк > К, то необходим
отстойник, длину которого определяют по приведенной выше
формуле.
Расчет допустимого сброса взвешенных веществ в реку. Ис-
ходные данные: расход воды в водоеме — Q = 900 м3 / с; расход
сточных вод — бет =1,064 м3/с; концентрация взвешенных ве-
ществ в водоеме — Кр = 25 мг/л; средняя скорость течения в во-
доеме — Иг = 0,7 м/с; средняя глубина у места выпуска — Яв =
= 1,0 м; расстояние по фарватеру от места выпуска до створа
пункта водопользования — L = 500 м; коэффициент, зависящий
от места выпуска сточных вод—е = 1; коэффициент извилисто-
сти реки—v = 1; допустимое увеличение концентрации взвешен-
ных веществ в водоеме — KRm = 0,25 мг/л.
Гранулометрический состав грунта в карьере </фР
и его распределение по фракциям С
<УфР, мм..1—0,5 0,5—0,25 0,25—0,1 0,1—0,05 0,05—0,01 0,01—0,005 <0,005
С, %...... 0,01 10,08 63,18 18,0 4,78 1,37 2,58
Приняты следующие параметры отстойника: длина отстой-
ника— Lot = 50 м; глубина отстойника — Нй = 1,5 м; гидравличе-
ская крупность частиц— W = 0,00185 м/с; коэффициент, учиты-
вающий несовершенство отстойника — Ко = 1,5; скорость тече-
ния воды в отстойнике— Ко = 0,0278 м/с.
Определяем допустимую концентрацию взвешенных веществ
в реке
Lr = Gp/2 +1)^ +К ;
\ «'СТ / доп р 5
D = V Н /200 = 0,7 1,0/200 = 0,0035;
738
a = e v /£?„ = 1,0 1,0 ^0,0035 /1,064 = 0,152;
(3 =е-»-|52^5“ =о,301;
1-р 1-0,301 =0 0Г>77
а X + 1 +(900/1,064) 0,301 ’ ’
К = (0,0027 900 / 1,064 +1)0,25 + 25,0 = 25,78 мг/л.
По гранулометрическому составу намываемого грунта опре-
деляем расход твердой массы, м3/с, сбрасываемой в реку с карт
намыва через отстойник:
Р = Сст77/(0,8^),
где П— содержание частиц, %, диаметром менее 0,01 мм с гид-
равлической крупностью менее 0,4 мм/с (П = 4 %); 0,8 — коэф-
фициент, учитывающий потери воды на картах намыва; q —
расход воды на разработку и укладку 1 м3 грунта {q = 8,5 м3/м3).
Следовательно,
Р = 1,064-0,04/(8,5-0,8) = 0,00625 м3/с.
По расходу твердой массы, сбрасываемой через колодец, оп-
ределяем загрязненность воды по формуле
Рк = 1000 Р р / (3,6 ) = 1000 • 0,00625 • 1,6 / (3,6 • 1,064) = 2,61 мг/л.
Полученное значение Рк = 2,61 мг/л меньше допустимой кон-
центрации взвешенных веществ в реке К = 25,78 мг/л, следова-
тельно, отстойник необходим только для удержания в нем час-
тиц диаметром более 0,01 мм. Проверяем длину отстойника по
формуле (Ш):
L =1,5-1,5-0,0278/0,00185 = 34 м,
что меньше фактической длины (Лот = 50 м).
Задача Ns 9
Выполнить гидравлические расчеты водосбросного канала.
Определить расход при равномерном движении воды в трапе-
цеидальном земляном канале (суглинок), если ширина его по
739
дну — £ = 5,5 м, глубина — h = 1,8 м, заложение откосов—т = 1
и уклон — i = 0,0004 [51].
Решение
Скорость определяем по формуле Шези
Площадь живого сечения
со = (b + mh)h~ (5,5 + 1-1,8)1,8 = 13,14 м<
Смоченный периметр
Х = й + 2л71 + ш2 = 5,5+2-1,8'71+7 = 10,58 м.
Гидравлический радиус
Я=со/% =13,14/10,58 = 1,24м.
Определяем коэффициент С по формуле Павловского. Ко-
эффициент шероховатости п = 0,025 (табл. П2). Поскольку R =
= 1,24 м, что больше 1 м,
у = 1,3 -Jn = 1,3 Vo,025 = 0,206.
Тогда С = 1/?),=7гТ— 1,24°’“= 41,8 м1’2/с.
п 0,025
Скорость V =с4Ш = 41,8
Сравним полученную скорость с максимальной неразмы-
вающей средней скоростью и наименьшей допустимой незаи-
ляющей скоростью. Первая для каналов в средних суглинках
Гмакс = 1 м (табл. ПЗ). Вторую определим по формуле
Кмнн= 0,5 75 = 0,5 715? = 0,56 м/с.
Так как 0,56 м/с < 0,93 м/с < 1 м/с, то канал размыву и заи-
лению подвергаться не будет.
Расход воды
0=cov = 13,14-0,93 = 12,2 м*/с.
71,24-0,0004=0,93 м/с.
740
Таблица П2
Значения коэффициентов п
Характеристика поверхностей А'э, мм п
Исключительно гладкая (эмалирован- 0 (0—0,2) 0—0,007
ная, глазурованная и т. д.) Цементная штукатурка: ожелезненная или весьма чисто 0,1 (0,002—0,3) 0,007—0,010
заглаженная обыкновенная 0,3 (0,1—0,8) 0,0085—0,012
Металлические лотки с гладкой внут- 1 (0,4—5) 0,011—0,017
ренней поверхностью Канализационные трубы: бетонные и железобетонные 2 0,014
керамические 1,25 0,013
Деревянные лотки из досок: оструганных 2 (0,5—8) 0,01—0,018
неоструганных 3(0,8—10) 0,012—0,019
Бетонировка 2 (0,3—5) 0,012—0,015
Кирпичная кладка 3(1—6) 0,013—0,017
Земляные стенки 50(15—200) 0,02—0,03
Бутовая кладка 20 (5—70) 0,017—0,025
Булыжная мостовая 35(15—70) 0,020—0,025
Примечания. 1. Приводятся наиболее вероятные значения кз , а в скобках — воз-
можные пределы колебаний кз. 2. Для п приводятся возможные пределы колебаний.
Таблица ПЗ
Значения наибольших допустимых неразмывающих средних скоростей
Тип грунта или «одежды» Максимальная скорость Имакс, М/с Тип грунта или «одежды» Максимальная СКОрОСТЬ Имакс, М/С
Несвязные грунты: пыль, ил песок гравий Связные грунты: супесь и суглинок глина осадочные кристаллические 0,15—0,2 0,2—0,6 0,6—1,2 0,7—1 1—1,8 2,5—4,5 20—25 Крепления: одиночная мос- товая двойная бетонная обли- цовка 3—3,5 3,5—4,5 5—10
741
Приложение 2
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ
СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ (СИ)
Величина Единица Соотношение единиц
подлежащая изъятию СИ
наименование обозна- чение наимено- вание обозна- чение
Сила килограмм-сила кгс ньютон Н 1 кгс = 9,806 65 Н
Нагрузка тонна-сила тс » » 1тс«9,8-^НиЮкН
Вес грамм-сила гс » » 1 гс«9,8-10~3Н« «ЮмН
Линейная нагрузка килограмм- сила на метр кгс/м ньютон на метр Н/м 1 кгс/м « 10 Н/м
Поверх- ностная нагрузка килограмм- сила на квад- ратный метр кгс/м2 ньютон на ква- дратный метр Н/м2 1 кгс/м2« 10 Н/м2
Давление килограмм- сила на квад- ратный санти- метр кгс/см2 паскаль Па 1 кгс/см2« «9,8-104Па« «105 Па « о,1 МПа
миллиметр во- дяного столба мм вод. ст. » » 1 ммвод.сг.« ЮПа
миллиметр ртутного столба мм рт. СТ'. » » 1 ммрт. ст. «133,3 Па
Механиче- ское напря- жение килограмм-сила на квадратный миллиметр кгс/м2 паскаль Па 1 кгс/мм2» 10 МПа
Модуль продольной упругости; модуль сдвига; модуль объемного сжатия килограмм-сила на квадратный сантиметр кгс/см2 паскаль Па 1 кгс/см2« 9,8-Ю4 Па « « 0,1 МПа
Момент си- лы; момент пары сил килограмм- сила на метр кгс-м ньютон на метр Нм 1 кгс-м» ЮН-м
Работа (энергия) килограмм- сила-метр кгс-м джоуль Дж 1 кгс-м « ЮДж
742
Окончание прил. 2
Величина Единица Соотношение единиц
подлежащая изъятию С И
наименование обозна- чение наимено- вание обозна- чение
Количество теплоты Мощность Удельная теплоем- кость Теплопро- водность Коэффици- ент тепло- обмена (теплоот- дачи) Коэффици- ент тепло- отдачи калория килокалория килограмм-сила- метр в секунду лошадиная сила калория в се- кунду килокалория в час калория на грамм-градус Цельсия килокалория на килограмм-гра- дус Цельсия калория в секун- ду на сантиметр- градус Цельсия килокалория в час на метр- градус Цельсия калория в се- кунду на квад- ратный санти- метр-градус Цельсия килокалория в час на квадрат- ный метр-гра- дус Цельсия кал ккал кгс-м/с л. с. кал/с ккал/ч кал. г-°C ккал кг °C кал с-см-°С ккал ч-м-°С кал с-см2 -°C ккал ч-м2 -°C джоуль ватт » » » джоуль на кило- грамм- кельвин » ватт на метр- кельвин » ватт на квад- ратный метр- кельвин » Дж Вт » » » _Дж_ кг-К » JBt_ м-К » Вт м2 -К » 1 кал « 4,2 Дж 1 ккал «4,2 кДж 1 кгс-м/с« 10 Вт 1 л. с.« 735,5 Вт 1 кал/с « 4,2 Вт 1 ккал/ч « 1,1 б Вт 1 кал/(г-°С)« 4,2- Юз Дж/(кг-К) 1 ккал/(кг-°С)« «4,2-Юз Дж/(кг-К) 1 кал/(с-см-°С)« «420 Вт/(м-К) 1 кал/(ч • м °C) « « 1,16 Вт/(м-К) 1 кал/(с-см2-°С)« « 42 кВт/(м2-К) 1 ккал/(ч-м2-°С) « « 1,16 кВт/(м2-К)
Приложение 3
ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ
СОДЕРЖАНИЯ ДИПЛОМНЫХ ПРОЕКТОВ
Вариант № 1
При использовании плавучих землесосных снарядов или гид-
ромониторно-землесосных комплексов.
Содержание
Введение
1. Исходные положения для проектирования.
1.1. Общая характеристика района месторождения.
1.2. Геологическая характеристика месторождения.
1.3. Гидрогеологическая характеристика месторождения.
1.4. Существующее положение горных работ (для эксплу-
атируемого месторождения).
1.5. Режим работы и производственная мощность пред-
приятия.
1.6. Горно-геометрический анализ карьерного поля (по-
строение графика режима горных работ и календарного
графика).
2. Вскрытие карьерного поля (для вновь разрабатываемого
месторождения).
2.1. Выбор и обоснование способа вскрытия.
2.2. Объем торно-строительных работ.
3. Организация монтажной площадки земснарядов.
4. Система разработки месторождения.
4.1. Характеристика принятой системы разработки.
5. Структура комплексной механизации.
5.1. Вскрышные работы (тип оборудования, его произво-
дительность и число) (при наличии вскрышной породы).
5.2. Добычные работы (тип оборудования, его произво-
дительность и число).
6. Элементы принятой системы разработки (число рабочих
уступов; высота уступов; длина фронта работ на уступах; ско-
рость подвигания фронта работ и забоя; ширина заходки; углы
744
откосов бортов уступов надводных и подводных; ширина рабо-
чих площадок (при отработке передовых уступов вскрышных
пород гидромониторно-землесосных комплексов); шаг передвиж-
ки гидромониторов и землесосных станций первого подъема (за-
бойных); уклон пульпоотводной канавы (при использовании гид-
ромониторно-землесосных комплексов); подача земснаряда; рас-
стояние между береговыми подключениями плавучего пульпо-
провода к магистральному (береговому); длина и ширина от-
рабатываемых участков; число участков, отрабатываемых от од-
ного берегового подключения).
7. Способ подготовки породы к выемке.
8. Водоснабжение земснарядов (гидроустановок) в карьере.
9. Гидротранспорт породы от земснаряда (гидроустановок).
10. Отвалообразование (гидроотвалообразование) вскрыш-
ных пород (при наличии вскрышных пород).
11. Карты намыва полезного ископаемого.
11.1. Размеры и необходимое число карт намыва.
11.2. Водосбросная система карт намыва (гидроотвала).
11.3. Осветление оборотной воды (в случае необходимости).
12. Переработка горной массы.
13. Схема энергоснабжения карьера.
14. Генеральный план предприятия.
15. Мероприятия по технике безопасности и противопожар-
ная профилактика.
16. Восстановление земель, нарушенных горными работами.
17. Организация и управление горным производством.
18. Технико-экономические показатели предприятия.
Заключение.
Список использованной литературы.
Примечание. В разделах 1.6; 5; 7; 10 и 12 возможен выбор
наилучшего варианта решения задачи с экономическим обос-
нованием.
Вариант № 2
При использовании многочерпаковых драг.
Содержание
Введение
1. Исходные положения для проектирования.
745
1.1. Общая характеристика района россыпного месторож-
дения.
1.2. Геологическая характеристика месторождения.
1.3. Гидрогеологическая характеристика месторождения.
1.4. Режим работы и производственная мощность полиго-
на (предприятия).
1.5. Существующее положение горных работ (для эксплу-
атируемого месторождения).
1.6. Горно-геометрический анализ карьерного поля (по-
строение графика режима горных работ и календарного
графика).
2. Выбор и обоснование модели многочерпаковой драги (тех-
нико-экономическое сравнение вариантов моделей в соответст-
вии с размерами россыпи; длина кормовых колод, черпаковой
рамы, рамы стакера и свай; ширина конвейерной ленты).
3. Вскрытие россыпного месторождения.
3.1. Выбор и обоснование способа вскрытия.
3.2. Объем горно-строительных работ.
3.3. Выбор места строительства драги (у нижней грани-
цы запасов, у верхней границы запасов).
3.4. Выбор места монтажа драги (на борту котлована, в
котловане).
3.5. Осушение россыпного месторождения (руслоотвод
реки, водоподпорные плотины, дренажный канал).
4. Система разработки россыпного месторождения.
4.1. Характеристика принятой системы разработки.
4.2. Элементы принятой системы разработки (высота ус-
тупа; наименьшая, наибольшая и наивыгоднейшая ши-
рина одинарного забоя).
4.3. Эксплуатационные потери песков (в плотике россы-
пи, в западениях плотика, в межходовых целиках, в бор-
тах россыпи, в межшаговых целиках).
4.4. Разубоживание песков (при обрушении пород с бор-
тов, из отвалов предыдущих ходов).
5. Водоснабжение дражного разреза (определение водного
баланса, поддерживание уровня воды в дражном разрезе).
746
6. Дражное отвалообразование.
7. Энергоснабжение дражного разреза (освещение рабочих
мест, мощность понизительной станции, расчет берегового ка-
беля и воздушной питающей сети, заземление).
8. Генеральный план предприятия.
9. Мероприятия по технике безопасности и противопожар-
ная профилактика.
10. Охрана окружающей природной среды.
11. Технико-экономические показатели.
Заключение.
Список использованной литературы.
Приложение 4
ПЛАВУЧИЕ ЗЕМЛЕСОСНЫЕ СНАРЯДЫ, ВЫПУСКАЕМЫЕ
ЦИМЛЯНСКИМ СУДОМЕХАНИЧЕСКИМ ЗАВОДОМ (г. Цимлянск)
Земснаряд 800-40 800-40ДТ 1400-40 1400-40Д 180-60 2500П 1400-40Д 300-70 220-60
Габариты, м 18x7,2x1,5 18x7,2x1,5 18x7,2x1,5 18x7,2x1,5 22x9,5x1,5 28x10x2,5 22x7,5x1,75 29х8,2х,75 22x8^x1,75
Осадка в тран- спортном поло- жении, м 0,75 0,82 0,79 0,95 0,83 1,3 0,95 0,9 0,85
Подача грунто- вого насоса, м3/ч 800 800 1400 1400 2000 2500 1400 3000 2000
Напор грунто- вого насоса, м „ 40 40 40—70 40 63 60 40 71 63
Установленная мощность, кВт.. 230 230 360 360 1020 1530 360 1300 1050
Глубина разра- ботки, м 9/12 9/12 9/12 9/12 10/20 -715 9/12 15/20 15/20
Диаметр пульпо- провода, м 300 300 400 400 500 500 400 500 500
Тип грунтового насоса ГруТ80(¥40 ГруТ 140070 ГруТ200063 ГруТ250063 ГруТ 10040 ГруТ3000/71 ГруТ200СИ63
Примечания. 1. В числителе приведена глубина разработки с механическим рыхлением, знаменателе — гидро-
рыхлением. 2. Грунтовые насосы выпускаются на том же заводе.
ПЛАВУЧИЕ ЗЕМЛЕСОСНЫЕ СНАРЯДЫ,
ИЗГОТАВЛИВАЕМЫЕ ОАО «МЕХАНИЧЕСКИЙ
ЗАВОД ГИДРООБОРУДОВАНИЯ» (г. Москва)
1. Разборный землесосный снаряд 600-28
(Проект 777.00.00.00.00)
Земснаряд с полупогружным грунтовым агрегатом, с кон-
сольно-напорным свайным ходом, электроснабжение от бере-
говой сети. Предназначен для дноуглубления водоемов и рек,
намыва сооружений. Выпускается с фрезерным, роторным рых-
лителем, имеет свободный всас. Область применения: внутрен-
ние водоемы в пределах класса «Л» Речного регистра РФ.
Техническая характеристика
Глубина разработки грунта, м:
механическим рыхлителем.............................5
свободным всасом ...................................7
Размеры корпуса, м:
длина..............................................11
ширина.............................................4,9
высота борта ..................................... 1,5
Число понтонов корпуса ...............................3
Грунтовой насос:
тип...................................................10ГРУ-8А
подача по воде, м3/ч................................600
напор, м ...........................................28
диаметр трубопровода, мм ...........................273
мощность привода, кВт...............................90
Грузоподъемное средство:
тип крана.............................................Консольный,
поворотный,
с механизмом
передвижения
тали
грузоподъемность, кН................................10
вылет крюка, м......................................3
Масса земснаряда
без плавучего пульпопровода, т........................32
Общая установленная
мощность энергопотребителей, кВт.....................315
749
2. Разборный землесосный снаряд ЗДЭК400/200
Дизель-электрический (катамаранный, разборный) с погруж-
ным грунтовым насосом.
Техническая характеристика
Установленная мощность, кВт....................87
Производительность техническая, м3/ч...........50
Максимальная глубина разработки грунта
(при угле наклона рыхлителя 60°), м:
фрезерным рыхлителем............................8
гидрорыхлителем.............................. 100
Длина земснаряда в транспортном положении, м:
с фрезерным рыхлителем .................... 17,57
с гидрорыхлителем ...........................21,15
Разрыхлитель:
тип............................................Фреза универсальная
со съемными ножами—
измельчителями кор-
ней
диаметр фрезы, мм............................820
максимальный крутящий момент
на фрезе, кН-м ............................. 16
частота вращения, об/мин....................550
мощность привода, кВт....................... ПО
Насос для гидрорыхления и технического водоснабжения:
тип............................................КМ45/30
подача, м3/ч ................................45
напор, м ....................................30
мощность электродвигателя, кВт...............7,5
частота вращения, об/мин..................... 2900
Способ рабочих перемещений.....................Папильонирование
за корпус вокруг оси,
образованной кормо-
вым якорным устрой-
ством
Грузоподъемное оборудование....................Консольный неполно-
поворотный кран с руч-
ной талью
грузоподъемность, кН.........................2,5
вылет стрелы от оси поворота, м ............. 1,5
Вместимость топливных баков, л:
главного.................................... 1780
расходного (в составе ДЭС)...................230
Продолжительность работы без
пополнения запасов, маш.-ч................... 100
Численность обслуживающего персонала, чел/смену .... 1
750
3. Разборный землесосный снаряд ЗГМД-00.00.00.00
Несамоходный дизель-эл ектрический модуль (катамаранный,
разборный) с погружным грунтовым насосом, с гидрорыхлите-
лем и тросовой системой рабочих перемещений в исполнении
по проекту ЗГМ-00.00.00.00. Предназначен для разработки ма-
лообъемных карьеров, чистки рек и озер и других работ.
Техническая характеристика
Техническая производительность
по грунту II группы, м3/ч ....................... 50
Дальность транспортируемой пульпы
по горизонтали, м............................... 450
Максимальная глубина разработки при угле
наклона рыхлителя к горизонту 60°, м........... 11,5
Минимальная глубина разработки, м................ 1,0
Установленная мощность, кВт...................... 88
Мощность дизель-генератора, кВт.................. 100
Максимальная осадка в транспортном
положении при 100 %-ном запасе топлива
с учетом полозьев (высотой 60 мм), м ........... 0,7
Высота земснаряда от горизонта воды, м ........... 3,0
Масса земснаряда конструктивная, т............... 17,5
Длина земснаряда в транспортном
положении с гидрорыхлителем, м................. 21,3
Габариты корпуса, м:
длина.......................................... 11,6
ширина.........................................4,9
высота борта ..................................0,1
Диаметр всасывающего и напорного
пульпопроводов, мм...............................200
Грунтовой насос:
тип............................................ ГрАУ400/20
производительность по воде, м3/ч...............400
напор, м ...................................... 20
наименьшее проходное сечение
проточного тракта, мм...........................55
частота вращения, об/мин.......................965
мощность приводного электродвигателя, кВт......55
Техническое водоснабжение........................Насос К-100-80-160
Способ рабочих перемещений....................... Папильонирование
за корпус вокруг оси,
образованной кормо-
вым якорным устрой-
ством
751
Оперативные лебедки:
папильонажные.................................2
кормового якорного устройства ................3
тяговое усилие, кН............................5
мощность привода, кВт.........................1,2
Тяговое усилие
рамоподъемной лебедки, кН ......................5,5
Вместимость топливных баков, л:
главного................................... 1800
расходного (в составе АД-100).................200
Продолжительность работы без попол-
нения запасов топлива, маш.-ч ..................100
4. Разборные землесосные снаряды
(Проекты ЗРС-Г и ЗРС-ГВ)
Несамоходный дизель-электрический с механическим рыхле-
нием землесос предназначен для дноуглубительных работ. Класс
Речного регистра и район плавания — «*Р». Водные бассейны
разряда «Р».
Техническая характеристика
Установленная мощность, кВт........................170
Производительность техническая, м3/ч............... 150/180
Глубина разработки с применением
механического рыхлителя, м ........................8,5
Численность экипажа на вахте, чел..................2
Размеры судна, м:
длина.......................................... 15,5
ширина...........................................6
высота от ОЛ до кромки несъемных частей..........4,7
Размеры бортового понтона, м.......................15 х 1,25 х 1
Осадка судна, м:
в порожнем состоянии..............................0,5
в рабочем состоянии с 10-суточным запасом........0,54
Главные двигатели
Дизель.............................................ЗД6/ЗД12
Число.............................................. 1/1
Мощность, кВт .................................... 110,4/220,7
Частота вращения, об/мин ..........................1500/1500
Пуск ...............................................Электростартером
Управление.........................................Дистанционное и
местное
752
5. Разборный землесосный снаряд
(Проект С 42-00.00.00.00.00)
Предназначен для подводной разработки грунтов I — IV
категорий при производстве строительных работ, добыче инерт-
ных материалов, дноуглубительных и других видов работ с воз-
можностью транспортирования по трубопроводу разработан-
ного грунта и укладки его в земляные сооружения.
Техническая характеристика
Производительность по грунту
(при 10 %-ной консистенции), м3/ч..................... 80—260
Глубина разработки, м.................................2—30
Дальность транспортирования, м, не более.............. 2500
Установленная мощность, кВт...........................1000
Подключаемое напряжение, кВ ..........................6—10
Размеры, м:
высота.............................................6,25
ширина..............................................8,56
длина............................................... 19,8
Общая масса, т........................................104
На земснаряде могут быть установлены насосы ГРУ2000/63,
ЗГМ-2М, ЗГМ-1-350, ГРАУ2000/63, ГруТ2650/75. Земснаряд из-
готавливается со следующими видами грунтозаборных уст-
ройств: фрезерный рыхлитель, однороторный рыхлитель, вса-
сывающая труба, эжекторный грунтозабор.
6. Экспериментальный несамоходный землесосный снаряд (ЭНЗ)
(Проект ЭНЗ.00.00.00.00)
Тип корпуса—полутрюмный, разборный, число понтонов—4.
Грунтозаборное устройство — рама с гидравлическим
рыхлителем и эжектирующим наконечником.
Техническая характеристика
Производительность, м3/ч, не менее:
по грунту............................................200
по пульпе.......................................... 2000
Глубина разработки, м:
максимальная, не более................................20
минимальная..........................................3
Масса земснаряда без плавучего пульпопровода, т........89
753
Габариты корпуса, м:
длина..............................................19,8
ширина.............................................8,56
высота борта .....;................................1,5
Высота земснаряда от горизонта воды, м...............7,52
Диаметр всасывающей трубы, мм .......................500
Установленная мощность, кВт..........................6
Подключаемое напряжение, кВт.........................6
Грунтовой насос:
тип...................................................ГРАУ2000/63
производительность по воде, м3/ч................... 2000
рабочий напор по воде, м ..........................63
Электрода игатель:
тип...................................................АКН-2-15-57-10
мощность, кВт......................................800
частота вращения, об/мин...........................590
Тяговое усилие лебедки подъема рыхлителя, кН ........ 5000
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................ 5
Раздел 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ ГОРНОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ................................................................ 9
Глава 1
ОБОСНОВАНИЕ ИНВЕСТИЦИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВО ГОРНОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ .................................................................................................. 11
1.1. Общие положения Обоснований инвестиций .............................. 11
1.2. Порядок разработки, согласования и утверждения Обоснований
инвестиций ............................................................... 11
1.3. Состав и содержание Обоснований инвестиций........................... 15
Гпава 2
СУЩНОСТЬ ПРОЕКТИРОВА НИЯ ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ.............................. 21
2.1. Развитие гидромеханизации............................................ 21
2.2. Общие положения проектирования....................................... 25
2.3. Разработка, согласование и утверждение проектной документации ....... 30
2.4. Состав и содержание проектной документации на строительство
предприятий............................................................... 32
2.5. Сводная сметная документация ........................................ 43
Гпава 3
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ........................................ 45
3.1. Требования к исходным данным......................................... 45
3.2. Нормативные документы для проектирования............................. 47
3.3. Подсчет запасов полезного ископаемого и объемов вскрышных
пород .................................................................... 48
3.4. Требования, предъявляемые к запасам при проектировании откры-
тых горных работ.......................................................... 53
3.4.1. Кондиции на минеральное сырье и их основные параметры .......... 53
3.4.2. Запасы и прогнозные ресурсы твердых полезных ископаемых......... 61
Глава 4
МЕТОДИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ .......................................................................................... 75
4.1, Методы проектирования................................................ 75
4.2. Метод экономико-математического моделирования ........................ 81
4.3. Система автоматизированного проектирования........................... 84
4.4. Параметры, характеризующие эффективность применения гидроме-
ханизации ................................................................ 85
4.5. Экономическая эффективность принимаемых в проекте решений............. 88
4.6. Методы определения капитальных и эксплуатационных затрат............. 106
755
Глава 5
ПРОЕКТНАЯ МОЩНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯМ ГРАНИЦЫ
ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ.......................................... Ill
5.1. Особенности проектирования горного производства.............. 111
5.2. Режим работы и проектная мощность предприятия (карьера) .. 111
5.3. Продление сезона работы гидромеханизации в зимних условиях... 120
5.4. Критерий определения границ открытых разработок........... 132
5.5. Оконтуривание горизонтальных и пологих залежей ........... 136
5.6. Оконтуривание наклонных и крутых залежей.................. 139
5.7. Выбор и обоснование режима горных работ................... 153
5.8. Горно-геометрический анализ изменения текущих объемов карьерных
полей для горизонтальных и пологих залежей (по В.В. Ржевскому).... 155
5.9. Горно-геометрический анализ изменения текущих объемов карьерных
полей для наклонных и крутых залежей (по В.В. Ржевскому)....... 163
5.10. Горно-геометрический анализ изменения текущих объемов округлен-
ных карьерных полей (по В.В. Ржевскому) ....................... 171
5.11. Степень подготовленности запасов полезного ископаемого...... 174
Раздел 2
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННЫХ
И ДРАЖНЫХ РАЗРАБОТОК МЕСТОРОЖДЕНИЙ............................. 177
Глава 6
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ .............. 179
6.1. Терминология. Основные горнотехнические понятия........... 179
6.2. Структуры комплексной механизации и их технологическая характери-
стика ......................................................... 184
Глава 7
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ГИДРОМОНИТОРНО-ЗЕМЛЕСОСНЫХ КОМПЛЕКСОВ .................................. 200
7.1. Вскрытие карьерных полей и состав горно-капитальных работ....200
7.1.1. Общие сведения..........................................200
7.1.2. Трассирование трубопроводов и водозаводных канав........201
7.1.3. Способы вскрытия карьерных полей........................202
7.1.4. Объемы пионерных котлованов (разрезных траншей) и
съездов......................................................211
7.2. Системы разработки месторождений........................ 212
7.2.1. Выбор и обоснование системы гидравлической разработки.212
7.2.2. Элементы системы разработки и их расчет...............217
7.3. Разработка пород гидромониторами ..........................223
7.3.1. Технологические параметры гидромониторного размыва....223
7.3.2. Производительность гидромониторов ....................240
7.3.3. Технологические схемы гидромониторного размыва пород....243
7.3.4. Технологические схемы гидравлической разработки россыпей .... 249
7.4. Подготовка пород к гидромониторному размыву................252
7.5. Технология разработки полускальных пород для гидротранспорта.258
756
7,6. Технология гидровскрышных работ с раскройкой карьерного поля
на карты...................................................... 270
7.7. Система водоснабжения гидроустановок......................282
7.7.1. Схемы водоснабжения насосных станций.................282
7.7.2. Расчет водоснабжения гидроустановок..................300
7.8. Система гидротранспорта пород............................ 305
7.8.1. Средства гидромеханизации напорного гидротранспорта...305
7.8.2. Схемы работы грунтовых насосов ..................... 329
7.8.3. Расчет напорного гидротранспорта.....................336
7.8.4. Расчет безнапорного (самотечного) гидротранспорта....356
; 7.8.5. Расчет рабочих параметров грунтовых насосов.........369
7.9. Трубопроводы..............................................375
7.10. Система гидроотвалообразования...........................384
7.10.1. Классификация и емкость гидроотвалов................384
7.10.2. Схемы и способы намыва гидроотвалов ................389
7.10.3. Расчет параметров гидроотвалообразования ...........400
7.10.4. Формирование гидроотвала в выработанном пространстве
карьера.....................................................423
7.10.5. Отвалообразование при разработке россыпей ..........430
Гпава 8
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТТАИВАНИЯ МЕРЗЛЫХ
ПОРОД........................................................ 431
Глава 9
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ УГЛЯ.................. 445
9.1. Опыт строительства и эксплуатации установок гидротранспорта
угля...........................................................445
9.2. Стадии и интенсивность измельчения угля при его гидротранспор-
тировании..................................................... 448
9.3. Технологические схемы транспортирования угля..............451
9.4. Эффективность гидротранспортирования угля.................453
Глава 10
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПЛАВУЧИХ ЗЕМЛЕСОСНЫХ СНАРЯДОВ .............. 457
10.1. Условия применения плавучих землесосных снарядов.........457
10.2. Способы вскрытия карьерных полей (месторождений).........498
10.3. Системы разработки месторождений ........................503
10.3.1. Выбор и обоснование системы разработки .............503
10.3.2. Производительность землесосных снарядов.............503
10.3.3. Элементы системы разработки и их расчет.............516
10.3.4. Выбор грунтозаборного устройства земснаряда.........538
10.3.5. Папильонирование (перемещение) землесосных снарядов..546
10.3.6. Выбор типа плавучего землесосного снаряда...........551
10.3.7. Расчет параметров прорези в карьере.................551
10.4. Организация разработки грунта в каналах..................555
10.5. Водообеспечение земснарядов в карьере....................558
10.6. Гидравлический транспорт грунта от земснаряда............560
757
10.7. Намыв насыпей..................................................563
10.7.1. Способы укладки грунта в сооружения ................... 563
10.7.2. Намыв карт отгрузки полезного ископаемого................565
10.7.3. Намыв дорог, гидротехнических сооружений и территорий.....568
10.7.4. Намыв насыпей на болотах и слабых основаниях.............581
10.8. Намыв сооружений с использованием самоходных сгустителей-
грунтоукладчиков.....................................................590
10.9. Технология добычи озерной соли.................................598
10.9.1. Историческая справка Баскунчакского солепромысла..........598
10.9.2. Солекомбайны и организация их работы.....................601
10.9.3. Технология добычи соли на примере озера Баскунчак.........610
10.9.4. Добыча соли за рубежом...................................614
10.9.5. Тенденции развития техники и технологии добычи озерной
соли и перспективы их совершенствования..........................616
Глава 11
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕРЕРАБОТКИ (ОБОГАЩЕНИЯ) ГОРНОЙ
МАССЫ................................................................620
11.1. Технология переработки гравийно-песчаных пород.................620
11.2. Технология промывки (переработки) песков россыпных месторож-
дений ...............................................................626
Глава 12
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
МНОГОЧЕРПАКОВЫХ ДРАГ.................................................637
12.1. Условия применения многочерпаковых драг........................637
12.2. Способы вскрытия россыпей..................................... 641
12.3. Системы разработки россыпей....................................652
12.3.1. Выбор и обоснование системы разработки...................652
12.3.2. Элементы системы разработки и их расчет..................660
12.3.3. Производительность многочерпаковых драг..................670
12.3.4. Перемещение свайной драги в забое........................674
12.3.5. Водоснабжение дражного разреза...........................676
12.3.6. Подготовка многолетнемерзлых россыпных месторождений
к дражной разработке.............................................680
12.3.7. Отвалообразование при дражной разработке россыпи.........683
Глава 13
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ, НАРУШЕННЫХ
ГОРНЫМИ РАБОТАМИ..................................................................................... 687
Гпава 14
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ПЛАНА ГИДРОМЕХАНИЗИ-
РОВАННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ........................................................................... 698
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ...................................................702
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ........................................................707
ПРИЛОЖЕНИЕ 2........................................................ 742
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.........................................................744
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.........................................................748
758
ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Иван Михайлович Ялтанец
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ОТКРЫТЫХ ГИДРО-
МЕХАНИЗИРОВАННЫХ
И ДРАЖНЫХ
РАЗРАБОТОК
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Режим выпуска «стандартный»
Редактор текста М. М. Титова
Компьютерная верстка и подготовка
оригинал-макета Э.Ф. Губницкая
Дизайн серии Е.Б. Капралова
Зав. производством Н.Д. Уробушкина
Подписано в печать 01.07.2003. Формат
60 х 90/16. Бумага офсетная № 1. Гарнитура
«Times». Печать офсетная. Усл. печ. л. 47,5.
Тираж 1000 экз. Заказ 780.
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Лицензия на издательскую деятельность
ЛР Ns 062809.
Код издательства 5X7(03)
Отпечатано в ОАО
«Московская типография № 6»
115088 Москва, ул. Южнопортовая, 24
Магниевые штампы изготовлены в
Первой Образцовой типографии
119991 Москва, ГСП-1, Ленинский
проспект, 6, Издательство МГТУ; Ал
тел. (095) 236-97-80; факс (095) 956-90-40 / \
тел./факс (095) 737-32-65 L=...^
Иван Михайлович Ялтанец — док-
тор технических наук, профессор Мос-
ковского государственного горного уни-
верситета, академик Международной ака-
демии информатизации.
Работа И.М. Ялтанца в горной про-
мышленности началась в 1958 г., после
службы в Советской Армии, на Батурин-
ском разрезе (г. Еманжелинск, Челябин-
ская обл.), где он работал вначале разно-
рабочим, а затем помощником машиниста
землесосной установки и электрослесарем.
После окончания в 1965 г. Москов-
ского института радиоэлектроники и гор-
ной электромеханики (ныне Московский
государственный горный университет) по
специальности «Технология и комплексная механизация открытой раз-
работки месторождений полезных ископаемых» по распределению ра-
ботал в Проектгидромеханизации инженером-проектировщиком.
Научная и педагогическая деятельность Ивана Михайловича нача-
лась на кафедре «Технология, механизация и организация открытых
горных работ» (ТО) под руководством профессора Г.А. Нурока и ака-
демика В.В. Ржевского — выдающихся ученых в области открытых
горных работ. С этого времени его деятельность неразрывно связана с
научными и практическими проблемами открытых горных работ и
подготовкой инженерных кадров этого профиля. Автор более 130 науч-
ных работ, учебных пособий, монографий и учебников. Научные статьи
посвящены исследованиям новых актуальных вопросов разработки ме-
сторождений и строительных работ с использованием средств гидроме-
ханизации.
В 1974—1979 гг. И.М. Ялтанец был проректором Московского
горного института, где раскрылись его способности как руководителя и
организатора административно-хозяйственных работ, и одновременно
преподавал на кафедре ТО.
В 1980—1983 гг. Иван Михайлович работал в Афганистане в
Кабульском политехническом институте, сначала преподавателем
(1980—1981 гг.), а затем заведовал кафедрой «Разработка месторож-
дений полезных ископаемых». Награжден медалью Афганистана за
выполнение интернационального долга.
Разносторонняя и плодотворная научная, инженерная, педагоги-
ческая деятельность И.М. Ялтанца отмечена правительственными на-
градами. Лауреат конкурса «Золотое перо горняка» 2000 г.