Технологические схемы гидромониторного размыва пород

Гидромониторные работы применяются на угольных карьерах, карьерах сырья для огнеупоров, строительных материалов, рудной промышленности и на месторождениях янтаря.
В большинстве случаев гидромониторный размыв применяется на вскрышных работах. На карьерах россыпных и некоторых угольных месторождений, а также для разработки силикатных и формовочных песков гидромониторный размыв использовался и используется также и для разработки полезного ископаемого.
В зависимости от высоты уступа, физико-механических свойств пород и производительности гидромониторной установки уступ по длине делится на заходки. По отношению к уступу заходки могут быть поперечными или продольными. При поперечной разработке длина заходки не превышает годового подвигания рабочего борта, при продольной — фронта работ установки. На ряде карьеров Кузбасса годовые блоки отрабатываются заходками с веерным перемещением (рис. 7.21).

Если гипсометрия почвы рыхлых отложений позволяет направлять поток пульпы с достаточным уклоном вдоль фронта работ установки, то блок отрабатывается продольными заходками. Если уклон подошвы уступа перпендикулярен фронту работ, то нарезают поперечные заходки. Разработка уступа поперечными заходками применяется на большинстве карьеров сырья для огнеупоров.
На многих карьерах (главным образом угольных) разработка уступа ведется продольными заходками. Это обусловлено общей организацией работ в карьере и зачастую наличием благоприятной гипсометрии почвы рыхлых отложений.
Поскольку гидромониторы обычно передвигаются прямолинейно, то считают, что ширина заходки гидроустановки определяется числом гидромониторов в забое. При самотечном гидротранспорте нет ограничений в ширине заходок, так как для заходки любой ширины возможно подобрать требуемое число гидромониторов.
При гидромониторной разработке с напорным гидротранспортом ширина и длина заходки существенно влияют на величину недомыва, поэтому размеры заходки ограничивают. Так, при разработке песчано-глинистых пород с горизонтальной подошвой уступа ширина заходки ограничивается 50—100 м, а длина — 100—150 м, Если нижележащий уступ тоже является вскрышным и отрабатывается экскаваторами, которые попутно могут убрать и недомыв, то размеры заходки увеличивают. Когда гидромониторными работами вскрывается полезное ископаемое и для уборки недомыва необходимо использовать дополнительные 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 рыхлением забоя.
При разрушении рыхлых, неслежавшихся грунтов, а также неплотных мелкозернистых и пылеватых песков, легких супесей и лёссов процесс гидромониторной разработки является однооперационным, так как при воздействии низконапорной струи (до 0,5 МПа) грунт одновременно с рыхлением насыщается водой. Основной задачей разработки в этих условиях является поддержание постоянства расхода пульпы и концентрации в ней твердого.
При размыве связных пород, к которым относятся суглинки разной плотности, тощие и полужирные глины, а также слежавшиеся песчано-гравийные грунты, процесс гидромониторной разработки состоит из двух последовательно выполняемых операций. Первая — подрезка уступа, в результате чего происходит обрушение и рыхление грунта, вторая — смыв разрыхленного грунта. Наиболее трудоемкой операцией является подрезка уступа при плотных породах. При тяжелых суглинистых и особенно глинистых породах она занимает 50—70 % всего рабочего времени и требует значительных удельных расходов воды. При менее плотных породах время на подрезку составляет 30—50 %. Подрезка уступа требует больших напоров, чем смыв обрушенного грунта. Поэтому на карьерах, где подрезка ведется по плотным породам, работают с двумя напорами воды. Во время подрезки уступа включается дополнительный («подрезной») насос, который повышает напор воды, подаваемой в гидромонитор (рис. 7.22). После подрезки и обрушения уступа этот насос отключается. Наиболее эффективна организация работ, при которой подрезка производится по менее связным и вязким породам.

Обычно при гидромониторной разработке толщи в несколько уступов границу между уступами стараются выбирать так, чтобы подрезка велась по менее связным породам.
При смыве обрушенного грунта на производительность установки в основном влияют физико-механические свойства пород, водопроизводительность гидромонитора, расстояние от гидромонитора до забоя и условия подтекания пульпы до зумпфа.
Размыв уступа может осуществляться попутным, встречным или попутно-встречным забоем (рис. 7.23). Размыв, при котором направление движения потока пульпы в забое совпадает с направлением движения струи гидромонитора, называется размывом попутным забоем, а размыв, при котором направление потока пульпы противоположно движению гидромониторной струи, — размывом встречным забоем. При установке гидромонитора на верхней площадке уступа размыв осуществляется попутным забоем, при установке гидромонитора на нижней площадке — встречным забоем. Иногда размыв осуществляется попутно-встречным забоем. Преимущество размыва 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 уменьшение 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 размыва 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 гидромонитора направлена на забой под прямым или близким к нему углом, веерный и боковой способы направления струи. При применении первого способа обрушение уступа идет навстречу струе гидромонитора. Этот способ разработки применяется на легких и тяжелых с точки зрения размыва породах. В первом случае работают с одним напором воды, процесс разработки является однооперационным и практически с постоянным 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; гидромониторы работают с одним повышенным напором и при однооперационном процессе разработки.