Способы размыва пород при гидравлическом способе разработки

На золото-платиновых гидравлических разрезах к добычным работам относят размыв песков, транспортирование их к шлюзу, промывку и укладку хвостов в отвалы, а также вспомогательные работы по рыхлению песков, уборке валунов, зачистке плотика и по перестановке оборудования. На алмазных и других россыпях со сложными промывными установками промывку и отвалообразование хвостов выделяют в самостоятельный вид работ по обогащению.

Технология гидравлической добычи песков определяется способом размыва и системой разработки. Добычные работы различают также и по другим особенностям — способам зачистки плотика, уборки крепи и валунов и передвижки оборудования.

Главными отличительными признаками способов размыва являются расположение гидромонитора относительно размываемого уступа и приемы, используемые для отделения пород от целика, определяющие порядок размыва пород в забое. По этим признакам различают следующие основные способы размыва: 1) с поверхности; 2) с плотика, 3) с увлажнением, 4) с механическим рыхлением; 5) с рыхлением взрывными работами, 6) с недомывом, 7) с переменным напором и 8) комбинированные способы.

Размыв с поверхности. Гидромонитор устанавливают на поверхности, и размыв пород производят послойно струей, направленной вниз (рис. 117, а). Породы верхней части уступа размываются быстро, поскольку насадка расположена вблизи забоя. Размыв этой части следует вести так, чтобы предохранить рабочего от возможных ушибов галькой, которая отскакивает в стороны. В нижней части забоя послойный размыв малопроизводителен, поэтому с увеличением высоты уступа и крепости пород размыв затрудняется, особенно осложняется работа по зачистке плотика. При необходимости зачищать плотик размыв с поверхности целесообразно применять на россыпях глубиной менее 2,5—3 м. Ширина заходки b в зависимости от напора, крепости пород и мощности уступа составляет 12—20 м.

На более глубоких россыпях этот способ используют тогда, когда другие способы размыва менее производительны, например на валунистых месторождениях и при залегании валунов у плотика, когда подрезка уступа затруднена. Если уступ имеет высоту 5—7 м, его подразделяют на два подуступа, причем верхний размывают гидромонитором с поверхности, а для размыва нижнего подступа гидромонитор спускают вниз на промежуточный горизонт. Во время размыва валунистых пород в нижнем забое следует постоянно убирать валуны корчевателем или канатной лебедкой, а для зачистки плотика использовать бульдозеры.

Коэффициент способа размыва ер = 1,3.

Коэффициент высоты уступа приводится ниже.

Во время размыва пород поворачивать ствол гидромонитора следует непрерывно и плавно, добиваясь лучшего эффекта в выполняемом процессе. Запрещается подставлять под струю руку, различные предметы или направлять ее на людей, на оборудование, провода электролиний или кабели, работать во время грозы, а также производить размыв, когда в зоне отбойки и перемещения находятся люди.

Размыв с плотика (основания уступа). Гидромонитор устанавливают на горизонте основания размываемого уступа. Вначале струю направляют к основанию и подрезают ycтуп, образуя вруб, чтобы верхняя часть уступа обрушилась (рис. 117, б). Вруб проходят высотой 0,4—0,6 м и глубиной в зависимости от устойчивости пород 0,5—1 м.

Работы по подрезке трудоемки, удельный расход воды большой, поэтому необходимо стремиться сокращать их объем и производить подрезку по менее крепким породам. Наивыгоднейшую скорость перемещения струи по забою во время подрезки устанавливают на основании наблюдений. В устойчивых породах для ускорения обрушения уступа целесообразно кроме его подрезки проходить вертикальный вруб по краям или углам забоя. На величину напора около насадки при определенных условиях водоснабжения может заметно влиять диаметр насадки и число работающих гидромониторов. Поэтому породу средней и повышенной крепости стремятся подрезать с меньшим диаметром насадки и с повышенным напором.

Во время обрушения породы разрыхляются, благодаря чему перемещение их напорной струей из забоя облегчается. Перемещение обрушенных пород стремятся производить, используя насадки увеличенных диаметров с подачей возможно большего количества воды. Для лучшего использования напорной воды подрезку следует вести таким образом, чтобы отраженная от забоя струя, попадая на обрушенную породу, помогала ее перемещению. Выгонку более успешно можно производить, когда предварительно пробивают струей канавку, в которую и следует подгонять породы.

Размыв пород вначале производят в одной половине забоя, по возможности совмещая подрезку с перемещением, а затем переходят на размыв во вторую половину забоя. Ширина заходки изменяется от 15 до 40 м. Увеличение ширины заходки (длины забоя) усложняет подрезку уступа по его краям и увеличивает расход воды на подрезку, однако при этом сокращается время на перестановку гидромонитора. Исходя из этого, можно установить наивыгоднейшую ширину заходки, при этом необходимо учитывать величину напора около насадки, крепость пород, высоту уступа, частоту и время, затрачиваемое на перестановку гидромонитора. Так, с повышением напора ширина заходки может быть принята большей, а с увеличением крепости пород и высоты уступа ее следует уменьшать. Частота перестановки гидромонитора зависит от длины труб наращиваемого водопровода и при более коротких трубах можно увеличивать ширину заходки. Наивыгоднейшую ширину заходки приходится устанавливать путем производственных наблюдений. При этом стремятся подрезать уступ на расстоянии не свыше четверти величины напора около насадки. Гидромонитор в забое нужно устанавливать на безопасном расстоянии от уступа, чтобы породы при обрушении не заваливали оборудование, а рабочие не получали ушибов. Уступы песчаных малоустойчивых пород при подрезке обрушаются и оползают постепенно.

Расстояние установки гидромонитора от верхней кромки уступа должно быть более 0,8 его высоты, т. е. коэффициент установки гидромонитора принимается е = 0,8. В устойчивых породах, сложенных плотными глинами, в верхних частях уступов образуются нависания (козырьки), которые обрушаются иногда внезапно. В таких опасных забоях гидромонитор необходимо устанавливать на больших расстояниях, увеличивая коэффициент установки до е = 1,2.

Нависания следует своевременно срезать струей, добиваясь постепенного обрушения пород, особенно если в верхней части встречаются крупные валуны. Забой, в котором размывают породы, имеет относительно крутые углы откоса вследствие быстрого его перемещения вперед. По наблюдениям, уступы высотой 15—30 м при обрушении во время подрезки заваливают площадку основания на расстояние до 60% его высоты. Для производительной работы и сокращения удельного расхода воды гидромонитор следует устанавливать возможно ближе к забою. При небольших напорах удельный расход воды особенно возрастает, когда расстояние до забоя превышает 12—17 м. Поэтому на некоторых разрезах при наличии разрешения горного надзора устанавливают гидромониторы с дистанционным управлением на меньших расстояних и коэффициент установки снижают до е = 0,7. До перестановки оборудования необходимо срезать струей верхнюю часть уступа и этим предотвратить возможность обрушения забоя во время перестановки.

Для повышения удельного давления струи на забой при низких напорах гидромониторы приходится перестанавливать как можно чаще. В таких случаях на разводящих водопроводах применяют трубы длиной 6 м. При необходимости часто перестанавливать гидромониторы изготовляют короткие вставки труб длиной 2—4 м. Гидромониторы, работающие с высоким напором (100—160 м) и имеющие насадки диаметром более 100 мм, перестанавливают через 8—20 м. Наивыгоднейшие расстояния перестановки определяют на основании наблюдений. Место установки гидромонитора в забое выбирают наиболее удобное для проведения обрушения и выгонки песков. Для более успешной выгонки его стремятся располагать на местах с более высоким плотиком.

Ширину заходки (см. рис. 117, б) в зависимости от высоты уступа, расстояния перестановки и предельной дальности размывающей струи определяют из треугольника 1, 2, S по уравнению

где lo = eН — наибольшая допускаемая длина струи при подрезке;

е = 0,25 — коэффициент использования струи при подрезке;

H — напор около насадки, м;

ly = eHp — наименьшее допускаемое расстояние установки гидромонитора от кромки уступа, м;

e — коэффициент установки монитора;

Hp — высота уступа, м;

lт — длина труб забойного водопровода (расстояние перестановки), м.

Коэффициент способа размыва ер = 1. Коэффициент высоты уступа, пересчитанный по наблюдениям, имеет значения:

К главным особенностям способа размыва с плотика относятся: в породах малой и средней крепости повышенный удельный расход напорной воды на подрезку производится в небольших объемах, основную же часть воды используют на перемещение разрыхлившейся породы; величина напора около насадки возрастает на высоту уступа; облегчается зачистка плотика струей; расстояние от насадки до забоя увеличивается. Этот способ размыва весьма распространен, его применяют в забоях с породами I—III категории при мощности уступа более 2,5 м. В породах большей крепости увеличивается удельный расход воды и применение его становится менее целесообразным.

При размыве пород с основания уступа и применении веерной системы разработки с установкой одного гидромонитора в забое необходимо различать следующие разновидности этого способа: размыв в лобовом забое (см. рис. 124, б) и размыв в боковом забое (см. рис. 124, в). В первом случае подрезку уступа производят вначале по забою 1; 2 (см. рис. 124, б), а после обнажения второй поверхности по забою 2, 3 и 4; 5. Уступ обрушают в направлении гидромонитора, почему устанавливать его приходится на значительном расстоянии от забоя. Размыв боковым забоем производят после первоначальной подрезки по линии забоя 1; 2 и перехода на подрезку по линии забоя 2; 3 и 4; 5. Обрушение пород при таком расположении происходит вбок от гидромонитора, что позволяет располагать его ближе к уступу, облегчая этим подрезку.

Разлив с увлажнением. Вдоль бровки забоя на кровле уступа забивают иглы, по которым подается вода под напором 25—50 м. Иглы изготовляют из газовых труб диаметром 26—50 мм. На конец иглы привертывают суживающуюся насадку, которой уменьшают диаметр струи до 8—15 мм. Длина стержней 2—3 м, они соединяются муфтами. К верхнему концу иглы присоединяют резиновый шланг, другой конец которого прикрепляют к переходнику разводящего водопровода (рис. 118, а).

Иглу осаживают в породу при непрерывной подаче напорной воды. Во избежание засорения наконечника через каждый метр осадки иглу несколько приподнимают над забоем. Иглы устанавливают в один ряд, располагая их от верхней кромки на 0,4—0,6, а в ряду с промежутком 0,6—0,9 высоты уступа и уточняют на основании наблюдений. Глубина забивки игл составляет 0,8—0,9 высоты уступа.

Нагнетаемая вода увлажняет породы, силы сцепления уменьшаются, и уступ оползает. Продолжительность подачи воды до обрушения уступа зависит от зернового состава и водопроницаемости пород. Так, супесчаные и суглинистые породы оползают через 0,5—1,5 суток. При этом удельный расход напорной воды составляет 0,2—0,5 т/м3 обрушенных пород. He всегда удается убрать иглы до оползня, обычно они освобождаются после размыва обрушенных пород. В речниках и в плотных глинах вызвать оползень не удается, и применять этот способ размыва нецелесообразно.

Увлажняют породы, заливая водой поверхность уступа. Для этого удаляют растительный слой и обваловывают затапливаемую поверхность насыпями высотой 3—4 м. Оползень 20-метрового уступа возникает через 20—24 дня.

Для высокопроизводительной работы разреза необходимо на один рабочий забой иметь запасной, в котором производят увлажнение и подготовку к установке новых игл. Если после увлажнения породы оползают, расход воды на последующий размыв сокращается. Это происходит за счет резкого сокращения расхода воды на отбойку и вода расходуется только на выгонку увлажненной породы. Для супесчаных и суглинистых пород коэффициент способа размыва ер = 0,1—0,3, а коэффициент высоты уступа ев = 0,6—0,8. Для речников и плотных глин ер = 1. Размыв пород с предварительным увлажнением применяют на россыпях глубиной свыше 3—4 м. При низких напорах этот способ позволяет производительно размывать породы в уступах большой высоты, когда особенно важно устанавливать гидромонитор возможно ближе к забою. Данный способ размыва применяют в суглинистых и супесчаных породах II—IV категорий с высоким коэффициентом фильтрации, при увлажнении которых уменьшается угол естественного откоса. Размыв с увлажнением применяют на россыпях Южного Урала.

Размыв с механическим рыхлением. Породы отделяют от целика бульдозером или экскаватором, образуя отвалы рыхлых пород. Напорной струей осуществляют только выгонку пород из отвала, вследствие чего удельный расход воды сокращается при размыве пород IV—V категории. При рыхлении бульдозером пески подгребают вниз под уклон в 0,15—20 (рис. 118, б), расстояние перемещения 20 —40 м, производительность бульдозера 400—600 м3/смену, а стоимость рыхления и подгребки 3—7 коп/м3. На мерзлых россыпях бульдозеры для подгребки применяют при естественной оттайке пород.

Для бесперебойной работы разреза при этом способе размыва необходимо иметь запасные забои, чтобы в одних производить размыв, а в других рыхление, подгребку (окучивание) песков. Размыв с механическим рыхлением бульдозерами целесообразно применять для пород выше III категории при мощности россыпи до 10 м. При высоте уступов 7—15 м механическое рыхление на вскрышных работах производят одноковшовыми экскаваторами с ковшами емкостью 2—10 м3. При применении экскаватора-драглайна его устанавливают на кровле уступа, и породы размещают в отвале на кровле или у его подошвы (рис. 118, в). Расположение отвала на кровле уменьшает высоту подъема пород землесосом. Если породы в отвале быстро слеживаются, его объем выдерживают не более 2—3-суточ-ной производительности. Под воздействием воздуха сухие глины иногда растрескиваются, в таких случаях породы в отвалах выдерживаются до 1 месяца.

Гидромонитором, установленным у основания отвала, размывают и перемещают породы к землесосу. При размыве пород повышенной крепости с предварительным механическим рыхлением сокращается удельный расход воды, электроэнергии и увеличивается производительность оборудования. С увеличением крепости пород и с повышением стоимости электроэнергии целесообразность применения этого способа размыва возрастает. Коэффициент способа размыва для пород IV категории ер = 0,3—0,4, а для V категории снижается до 0,2. Коэффициент высоты уступа ев = 0,8—0,9. При рыхлении крупными шагающими экскаваторами пески можно подавать на решетку приямка землесоса, что позволяет производительно проводить гидравлическую вскрышу и добычу при морозах до 20° С.

Размыв с рыхлением взрывными работами на россыпях имеет небольшое распространение. Обычно этот способ применяют для размыва пород IV категории и выше при мощности россыпи более 5—7 м; заряды размещают в скважинах или реже в дудках. Для бурения скважин на каменистых россыпях наиболее подходят станки, предназначенные для бурения скважин в мерзлоте на глубину до 15 м, а при отсутствии валунов бурошнековые станки. В зависимости от крепости пород расход аммонита 0,1—0,3 кг/м3 взорванной породы. Наивыгоднейшее расположение скважин и величина заряда проверяется на опытных взрывах. Дудки диаметром 0,8 м не крепят, для размещения заряда у плотика проходят рассечки длиной 1—3 м, применяют их редко при малых объемах работ.

В последние годы рыхление мела и мергеля при гидравлических вскрышных работах начали применять на рудниках КМА. При высоте уступа 10—17 м скважины бурили диаметром 110—150 мм с расстоянием между ними 4,5—6 м, расход BB составлял 220—330 г/м3 при выходе негабарита размером 300—500 мм в объеме 5%. Удельный расход воды снизился до 4,5 т и при уклоне поверхности смыва 0,06—0,08 по забойным канавам перемещались куски размером до 37х25х18 см. Стоимость рыхления аммонитом составила 7 коп/м3 при годовом объеме взрывных работ 4 млн. м3, а при использовании игданита снизилась до 4 коп/м3.

В зависимости от степени дробления и кусковатости пород коэффициент способа размыва для пород IV—V категории ер = 0,4—0,5, а коэффициент высоты уступа ев = 0,9.

Применение размыва с рыхлением взрывными работами позволяет значительно уменьшить удельный расход напорной воды на отбойку, поскольку подрезку производить не нужно.

Размыв с недомывом. Подрезку уступа производят по основанию с последующим обрушением пород. Когда приступают к отработке заходки (блока), уступ подрезают вначале по плотику, а затем по мере подвигания забоя по восстанию и удаления его от прямка землесоса горизонт подрезки постепенно повышают по отношению к плотику, чтобы увеличить уклон поверхности смыва (рис. 119, а). Вследствие увеличения уклона поверхности смыва сокращается удельный расход воды на перемещение основной массы пород. При таком способе размыва на плотике оставляют пески 1,2,3 в виде недомыва.

Для уменьшения потерь полезного ископаемого после отработки каждой заходки недомыв необходимо зачищать. Объем недомыва при определенном уклоне плотика зависит от величины уклона поверхности смыва и от расстояния 1, 3. Объем недомыва можно сократить уменьшением длины заходки 1, 5, однако, это приводит к частым перестановкам землесосного оборудования. Поэтому длину заходки необходимо выбирать, учитывая объем недомыва, стоимость его зачистки, а также стоимость перестановки землесоса и связанных с этим простоев.

Обычно стремятся к тому, чтобы расстояние перемещения песков не превышало 50—100 м, а мощность недомыва 1 м. Во время зачистки недомыва подрабатывают и плотик, причем эти работы производят при малых уклонах плотика. Недомыв зачищают гидромонитором, установленным на возвышенной части. Зачистка недомыва трудоемка, и удельный расход напорной воды на зачистку большой. Когда вода стоит дорого, на зачистке целесообразно использовать бульдозер. Бульдозером подгребают к землесосу большую часть песков недомыва, а напорной струей их смывают в приямок и производят окончательную зачистку плотика. При очень большом объеме недомыва на угольных разрезах его отрабатывают экскаваторами.

Размыв песков с недомывом наиболее широко применяют при системах со встречным забоем. При веерной и боковой системах разработки его применяют при малом уклоне плотика, а также если уклон имеет обратное падение. Недомыв применяют также при разработке россыпей с ребристым или неровным плотиком с большими западениями. В этих условиях стремятся оставлять недомыв такой высоты, при которой получается ровная поверхность смыва без скалистых выступов плотика. Этим уменьшают потери металла, поскольку при отработке основной части пород уступа размытые пески перемещаются по ровной поверхности, и металл не задерживается в трещинах плотика.

Размыв с переменным напором. Подрезку уступа производят по его основанию струей с напором на 4—6 ат больше обычного, а выгонку пород с обычным — пониженным напором. Для создания повышенного напора к магистрали водопровода последовательно подключают дополнительный центробежный насос. Одна из возможных схем подключения дополнительного насоса показана на рис. 130, б. Подрезку с повышенным напором целесообразно производить в породах выше III категории на высоких уступах. Это позволяет сократить время на подрезку примерно на 30% и увеличить шаг передвижки в два раза. Повышенный напор следует также использовать для зачистки плотика.

Комбинированные способы размыва. При разработке некоторых россыпей может оказаться целесообразным применение комбинированных способов размыва, которые, несмотря на некоторое усложнение технологии работ, позволяют повысить производительность оборудования и снизить расход воды. Обычно комбинированные способы встречаются в следующих сочетаниях: размыв верхнего подуступа с основания промежуточного горизонта, а нижнего под-уступа с механическим рыхлением и недомывом; размыв с увлажнением и недомывом; размыв с поверхности и рыхлением. Возможны и другие сочетания основных способов размыва.