Подготовка пород к гидромониторному размыву

С увеличением прочностных свойств вскрышных пород эффективность гидромониторной разработки уменьшается. Особенно трудоемка и малопроизводительна операция гидравлического врубообразования, при которой удельные расходы воды в 20—25 раз превышают расход воды при смыве обрушенной породы. Отсюда следует, что улучшения технико-экономических показателей гидромеханизации возможно достигнуть путем применения предварительного рыхления пород механическим или буровзрывным способом.
Механический способ подготовки пород к размыву характеризуется отделением породы от массива непосредственным воздействием на нее исполнительного органа. На карьерах наибольшее применение получил экскаваторный способ рыхления пород. Обычно он применяется для рыхления тяжелых суглинков и тощих глин. Наибольший эффект достигается при использовании драглайнов, позволяющих образовывать навалы большого объема, благодаря чему уменьшается число передвижек забойного 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 гидромонитором;
• драглайн разрабатывает забой и образует навал на верхней площадке уступа.

При быстрослеживающихся породах объем навала принимается равным 3-суточному объему размыва.
Достоинством первой схемы является то, что при малом угле поворота драглайна достигается большая производительность экскаватора. Недостаток этой схемы заключается в необходимости синхронной работы драглайна и гидромонитора. Вторая схема нашла наибольшее применение, так как драглайн работает с некоторым опережением и размыв породы гидромонитором 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 плотные слои, которые разрабатываются драглайном и укладываются в навал на породы, не требующие предварительного рыхления. Гидромониторный размыв целика и навала производится совместно (рис. 7.28, в).
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 землесосной станции (рис. 7.29). Работы по этой схеме могут вестись и при наличии в породе крупных включений песчаников и валунов. После смыва песка включения песчаника и валунов можно удалять бульдозером. Рыхление бульдозером может осуществляться последовательным его перемещением вкрест или вдоль фронта работ. В случае перемещения бульдозера вкрест фронта работ откос уступа постепенно выполаживается, 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. Постепенно уменьшая высоту уступа, бульдозер опускается на нижнюю площадку.

Как показал опыт ведения гидровскрышных работ на угольных карьерах, один бульдозер не обеспечивает производительности гидроустановки. Применение же нескольких бульдозеров резко увеличивает затраты на рыхление. Поэтому широкого применения подготовка пород к размыву бульдозером не получила.
Гидромониторный размыв пород с предварительным рыхлением буровзрывным способом не нашел широкого применения на карьерах.
Большой опыт буровзрывного рыхления плотных глин имеется на разрезе им. 50-летия Октября в Кузбассе, где применение буровзрывного способа подготовки пород к размыву позволило повысить производительность гидроустановок в 2—4 раза. Рыхление осуществлялось при следующих параметрах буровзрывных работ. Высота уступа до 20 м. Расстояние между рядами скважин составляет 6 м, между скважинами в ряду — 7 м. Диаметр скважин 160—190 мм. Рыхление осуществлялось колонковыми зарядами с воздушными и водяными промежутками. На уступах высотой более 20 м расстояние увеличивается до 8 м, а расстояние между скважинами в ряду — до 10 м. Удельный расход BB (зерногранулит 30/70) равен 106—200 и 200—250 г/м3 соответственно для тяжелых суглинков и глин. В качестве BB для промежуточных разрядов использовался аммонит 6ЖВ.
Предварительное рыхление пород водонасыщением возможно осуществлять напорной и безнапорной водой. Насыщение пород напорной водой через перфорированные трубки называется 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 используются 5—6 трубок на гидромонитор. Продолжительность насыщения 1—3 ч. Этот способ из-за недостаточной эффективности имеет ограниченное применение.

При насыщении пород безнапорной водой на верхней площадке уступа проводят траншеи глубиной 1,5—2 м, а из вынутой 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, насыщает породу уступа, что облегчает гидромониторную разработку. Так, если при разработке лёссов 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 рекомендуется начинать сверху с целью избежания возможного возникновения оползневых явлений.
Разработка вскрышных пород для гидротранспорта также может осуществляться роторными или многочерпаковыми экскаваторами с использованием промежуточного конвейерного транспорта.
Исследованиями, проведенными МГИ (МГГУ), доказано, что механическому рыхлению целесообразно подвергать только часть породы, производя механическое врубообразование. В результате врубообразования происходит обрушение массива под действием сил тяжести. Удельный расход воды в этом случае при последующем размыве уменьшается в 2—3 раза.
Известны различные технологические схемы гидромониторной разработки пород с применением механической подрезки. В 70-х годах в ИГД CO АН СССР была изготовлена на базе экскаватора ЭШ-4/40 экспериментальная подрезная машина. В результате испытаний выяснено, что конструкция такой машины работоспособна и позволяет в 2 раза повысить производительность гидроустановки. На основании результатов испытаний экспериментального образца подрезной машины работниками объединения «Кемеровоуголь» в свое время была выдвинута идея о создании гидрокомбайна со шнекофрезным подрезным устройством, в котором рыхлитель и смывной гидромонитор объединены на единой базе (рис. 7.31).
Специфическая особенность гидрокомбайна состоит в том, что его высокая производительность требует частой передвижки гидроустановок. Сезонная производительность гидрокомбайна составляет 1,2 млн м3 вскрыши.