Системы разработки при гидравлическом способе разработки

16.06.2018
Порядок перемещения нарезного и очистного забоев зависит от расположения как очистного забоя, так и места, к которому доставляются размытые пески. Главным отличительным признаком гидравлических систем разработки является порядок перемещения очистных выработок (забоев), который оказывает влияние на использование ударной силы размывающей струи для перемещения песков от забоя к основным транспортирующим устройствам. По этому признаку различают системы с попутным, встречным, боковым, веерным и комбинированным забоем. Подчиненным отличительным признаком системы является направление перемещения забоя относительно восстания долины — продольное и поперечное — или относительно главного подъемного устройства — веерное и полувеерное.

По этим признакам различают следующие системы гидравлических разработок.

С попутным забоем: попутно-продольная; попутно-поперечная; попутная с отступающим забоем. Co встречным забоем. С боковым забоем: боковая продольная, боковая поперечная. Веерная: полным веером, полувеером. Комбинированные.

Порядок перемещения очистного забоя оказывает влияние на удельный расход воды по размыву песков; кроме того, он влияет на: простои, связанные с перестановкой гидравлического оборудования и разводящих водопроводов; извлечение песков, т. е. полноту отработки определенной площади россыпи; объем песков, оставляемых в обособленных целиках и объем вспомогательных работ.

Системы с попутным и встречным забоем. Системы с попутным забоем. После проходки котлована или выносной канавы, установки транспортного оборудования и шлюза и проведения подготовительных работ приступают к проходке нарезной канавы 1; 2 от котлована в сторону подъема плотика (рис. 120, а). Проходку канавы производят гидромонитором с поверхности отступающим забоем или экскаватором драглайном.

Длина нарезной канавы, а следовательно и заходки, составляет 30—140 м в зависимости от условий перемещения размытых песков по канаве и объема хвостов, который может быть размещен в отвалы. Так, на малокаменистых россыпях с уклоном плотика свыше 0,025 и при отсутствии затруднений в размещении хвостов в отвал стремятся проходить канавы возможно большей длины. При меньших уклонах плотика приходится увеличивать уклон канавы, углубляя ее в плотик, что весьма трудоемко. Для уменьшения этих трудоемких работ сокращают длину нарезной канавы и при малых уклонах, а также на валунистых россыпях длина канав не превышает 70 м.

Ширина канавы в основании зависит от мощности россыпи и достигает 3—15 м. После проходки канавы ее расширяют в верхней части в обе стороны до точек 3 и 4 на расстоянии 20—60 м, но не далее границы россыпи. В двух образовавшихся очистных забоях устанавливают на плотике от одного до трех гидромониторов. Сплошной размыв песков в очистных забоях производят в сторону падения плотика, т. е. в обратном направлении проходки нарезной канавы.

Для облегчения выгонки песков между стенкой очистного забоя и стенкой канавы выдерживают угол 120—140°, что создает плавный переход потока из забоя в канаву. Такое косое расположение особенно важно для забоев, размещенных ниже канавы в направлении падения плотика. Кроме того, на россыпях, имеющих два направления уклона — 5 и 6, нижние забои делают короче верхних забоев, направленных в сторону подъема плотика.

При таком порядке ведения очистных работ направление полета струи совпадает с направлением перемещения потока к канаве и приямку. Выгонка песков в этом случае происходит под воздействием как потока воды, так и удара размывающей струи, вследствие чего перемещение песков облегчается и происходит быстрее. Поэтому при системе с попутным забоем сокращается расход напорной воды на выгонку. При системе с попутным забоем облегчается зачистка плотика, поскольку она производится напорной струей одновременно с выгонкой песков. Кроме того, упрощается перестановка гидромониторов и разводящих водопроводов, которые располагаются на более осушенных площадях, а также несколько сокращаются работы по уборке камней.

Коэффициент системы разработки ес = 1. Коэффициент уклона, подсчитанный по наблюдениям

По мере увеличения глубины нарезной канавы значительно удорожается гидравлическая ее проходка. Экскаваторная проходка канавы позволяет сократить эти расходы. Кроме того, при этом производится рыхление пород и увеличивается высота забоя. Система с попутным забоем является одной из наиболее производительных. Ее целесообразно применять при мощности наносных отложений от 2 до 10 м и при ширине россыпи более 40 м.

На узких долинных и ключевых россыпях нарезную канаву проходят в направлении восстания по наиболее низким отметкам плотика. При широких россыпях систему с попутным забоем можно применять в двух разновидностях: с расположением нарезной канавы по восстанию или по простиранию россыпи. Предпочтение отдается той разновидности, которая обеспечивает наибольший уклон канавы и наименьший объем нарезных работ. При разработке террасовых россыпей нарезную канаву обычно проходят поперек падения долины.

На россыпях глубиной до 2—3,5 м распространена попутная система разработки с отступающим забоем (рис. 120, б). При этой системе применяют только размыв с поверхности, а нарезные канавы проходят небольшой длины лишь на расстояние, производительного размыва струи, т. е. при небольших напорах длиной 10—15 м, а при высоких напорах до 30 м. Каждым установленным на поверхности монитором проходят отдельную канаву. После проходки канавы напорную струю переключают на сплошной размыв песков заходок 1; 4 путем расширения канавы книзу.

Размытые пески направляют по канаве к промывной установке (шлюзу), оборудованной крыльями. Крылья шлюза (творило) перестанавливают через каждые 10—30 м. При малом уклоне плотика применяют шлюз с понуром или водометным грохотом, а при крутом — обычный шлюз, располагаемый непосредственно на плотике. Перемещение песков осуществляют не только напорной струей, но на каменистых россыпях также совместно с бульдозером.

Систему с попутно-отступающим забоем широко применяют при использовании передвижных золотомоек (см. рис. 114). Три золото-мойки, установленные на плотике, работают по очереди — две крайних 1 вместе, а средняя 2 более крупная отдельно. Размеры отрабатываемых блоков 50х85 м. Выемку и подачу песков к месту расположения промывных установок производят бульдозерами и напорной струей от бортовых гидромониторов 3, расположенных по границе блоков.

Размыв доставленных песков и подъем их на промывную установку производят гидромонитором, который устанавливают в начале отработки блока на кровле пласта. Сзади мойки образуются галечные отвалы 5, которые отбрасываются от нее хвостовым гидромонитором 6. Из этих галечных отвалов образуют перемычки поперек разреза 7. Перемычки задерживают мелкозернистые хвосты, в образовавшихся водоемах вода несколько отстаивается, а при просачивании через перемычки дополнительно очищаются и уже в осветленном виде по канаве 8 опускаются в реку. Уклон плотика в меньшей степени оказывает влияние на удельный расход воды, поскольку при размыве с поверхности можно легче сосредоточить весь поток в канаве на плотике. Значения коэффициента уклона приводятся ниже:

Коэффициент способа перемещения при использовании напорной струи евг = 1,0, а при применении бульдозера и напорной струи евг = 0,2—0,4.

Обслуживают одну золотомойку 1—2 бульдозера. При системе с попутно-отступающим забоем необходимы запасные забои, в которые заблаговременно передвигают золотомойку или переносят шлюз с творилом, а также водопровод с гидромониторами.

Система со встречным забоем. При этой системе гидромониторами, установленными на поверхности у котлована, расширяют выработку к границам россыпи для образования разреза (рис. 121). Затем это оборудование и разводящий водопровод переносят в разрез и приступают к очистной выемке — сплошному размыву песков по борту разреза в направлении подъема плотика. При таком порядке перемещения очистного забоя направление полета напорной струи противоположно направлению потока размытых песков от забоя к приямку. Поэтому ударная сила струи не содействует перемещению песков от забоя к приямку, и доставка песков от забоя происходит под воздействием только водного потока. По этим причинам даже при средних уклонах плотика галька быстро оседает и для ее перемещения приходится более часто приостанавливать работы по отбойке песков и переводить струю на выгонку обрушенных песков к приямку.

Чтобы облегчить перемещение песков от забоя, используют переносные щиты, почвенные канавы, которые подводят ближе к забою и этим предотвращают расплывание потока. Кроме того, стремятся выдержать такой порядок перемещения забоя, при котором выгонка размытых песков производится в направлении наибольших уклонов плотика. При системах со встречным забоем удельный расход воды на выгонку увеличивается. Вследствие этого коэффициент системы разработки возрастает до ес = 1,9. Коэффициент уклона можно принимать в тех же пределах, как и у предыдущей системы.

В системах с встречным забоем не нужно проходить нарезные выработки, поэтому технология разработки упрощается и ускоряется развитие очистной выемки. Это важно при разработке россыпей шириной до 30—60 м, а также глубоких россыпей мощностью более 20—30 м. Система с встречным забоем обеспечивает невысокую производительность гидравлического оборудования. Ее следует применять только в особых, указанных выше случаях. Наибольшее распространение она получила на вскрышных работах угольных разрезов.

Системы с боковым и веерным забоем. Система с боковым забоем. При этой системе размыв пород осуществляется как попутным, так и встречным забоем, для чего отрабатываемый борт разреза делится на два (рис. 122), а при большой ширине россыпи на четыре забоя. Размыв пород начинают с проведения на возвышенной части плотика в направлении его подъема опережающей заходки 1; 2 длиной 6—20 м до линии 3; 4. При размыве с плотика для безопасной работы ширина заходки должна быть больше двойной мощности уступа.

Опережающую заходку отрабатывают встречным забоем и стремятся пройти наименьшей ширины. При недостаточном уклоне плотика для облегчения выгонки песков из опережающей заходки в плотике проходят канаву. Породы в средней части заходки (забой 7; 2; 4) размывают гидромонитором из точек 5 и 6 попутным забоем. Средняя часть заходки 2; 4; 8; 7 содержит основной объем пород, и использование для этой части наиболее производительного размыва значительно сокращает удельный расход воды и повышает производительность оборудования по пескам. После отработки средней части заходки по линии 7; 8 переходят вновь на размыв забоя 3; 4 из точки 6. Для направления потока размытых песков к землесосу вдоль забоя устанавливают крылья из деревянных переносных щитков.

По удельному расходу воды система с боковым забоем занимает по сравнению с двумя предыдущими промежуточное положение. Коэффициент системы разработки увеличивается до ес = 1,3, а коэффициент уклона находится в тех же пределах, что и системы с попутным забоем. При этой системе отсутствуют нарезные работы, ускоряется развитие очистной выемки, несколько сокращаются работы по перестановке гидромониторов и прокладке разводящих водопроводов, а также упрощается зачистка плотика. Система с боковым забоем получила значительное распространение, ее применяют на россыпях шириной более 40 м и глубиной более 4—5 м.

На широких россыпях опережающая заходка, а также очистной забой могут перемещаться по восстанию или по простиранию. Поэтому необходимо различать продольные и поперечные системы разработки с боковым забоем. При выборе разновидности этой системы необходимо стремиться, чтобы основной поток размытых песков перемещался в направлении наибольших уклонов.

Система с веерным забоем. После проходки котлована и установки землесоса и шлюза проходят нарезную канаву в направлении подъема плотика обычно по простиранию россыпи (рис. 123, слева). Канаву проходят бульдозером или гидравлическим размывом шириной, достаточной для установки на плотике оборудования. В зависимости от размеров россыпи и уклона плотика длина канавы составляет 40—80 м. При уклоне свыше 0,02 длину канавы целесообразно брать наибольшей. После проходки канавы на ее дне устанавливают один-два гидромонитора, обычно два (рис. 123, справа) и приступают к очистной выемке.

Ближайший к землесосу гидромонитор устанавливают таким образом, чтобы струя его перелетала за решетку землесоса на 5—8 м и могла очищать ее от растительных остатков и валунов. Второй гидромонитор устанавливают в конце канавы возможно ближе к наружному борту разреза так, чтобы его струя перелетала за первый на 10—15 м. Чтобы избежать несчастных случаев, на этом гидромониторе устанавливают ограничитель поворота. Два гидромонитора обеспечивают более равномерную подачу песков к землесосу.

Для направления потока на плотике устанавливают деревянные щиты высотой 0,6 м, которые укрепляют стальными штырями диаметром 16 мм. Чтобы сократить потери металла и поток не просачивался под щитом, намывают к щитам вал из торфов. Длина забоя (фронта размыва) второго гидромонитора примерно в два раза меньше первого. Поэтому забой у борта разреза перемещается более быстро. Второй монитор передвигают через 6—8 м, а первый один раз на две-три передвижки второго. При таком порядке размыва забой перемещается по вееру, центром которого является приямок землесоса. Угол поворота забоя составляет 60—360°. Уступ начинают подрезать по плотику в одном месте сразу двумя струями, образуя треугольную опережающую заходку напротив первого гидромонитора (см. рис. 123). Порядок отработки забоя указан цифрами 2—9 и 3'—9'. При этом сочетают совместную работу обоих гидромониторов, осуществляя подрезку и перемещение пород в забое 1; 2 тем из них, который обеспечивает лучшее использование воды. При каменистых породах лучше производить подрезку уступа в забое 3; 9 в обратном порядке. Весьма трудоемок размыв угловой части забоя у внешнего борта разреза; при уклонах плотика менее 0,02 целесообразнр проходить бульдозером опережающую наклонную выработку 2.

Забойный водопровод имеет два шарнира (рис. 105, а) и две задвижки (рис. 123). Первый шарнир устанавливают у землесоса на вертикальном отрезке водопровода, а второй на горизонтальном. Оборудование у забоя перестанавливают после зачистки плотика напорной струей. Такой забойный водопровод можно поворачивать вслед за забоем без разборки. Передвигают забойный водопровод бульдозером или особым упорным цилиндром-водотолкателем (см. рис. 127, а), при этом гидромониторы и водопровод устанавливают на катках, под которые подкладывают доски.

Выгонка песков с площади, расположенной от землесоса в сторону падения долины, осложняется. Поэтому размыв производится с задиркой напорной струей плотика у приямка на глубину до 0,6 м или у нижнего конца забоя оставляют недомыв, чтобы уклон в сторону землесоса был не менее 0,01. Недомыв зачищают струей и частично бульдозером. Для уменьшения объема задирки плотика стремятся уменьшать длину забоя в сторону падения плотика и увеличивать его в сторону подъема. Веерную систему с углом поворота 360° применяют редко для разборки долинных россыпей с малым продольным уклоном — обычно менее 0,001 и когда возможна задирка плотика напорной струей. Глубина разрабатываемых россыпей от 2 до 8 м.

На россыпях с более крутым продольным уклоном целесообразнее применять так называемую полувеерную систему разработки с углом поворота забоя 60—180°, которая получила широкое распространение. В этом случае уменьшаются работы по задирке плотика и отпадает необходимость оставлять недомыв. Кроме того, возможна отработка более узких россыпей с неправильными очертаниями.

На рис. 124, а показана полувеерная система с использованием в гидравлическом разрезе двух землесосных установок. Длина забоя при этом изменялась от 30 до 80 м, причем стремились по возможности более точно следовать за границей промышленной россыпи. Чтобы избежать затопления разреза водой, оставлены пограничные целики. Полувеерную систему применяют на пойменных и террасовых россыпях со средними и крутыми уклонами плотика при мощности наносных отложений 3—15 м.

При этой системе разработки расход воды небольшой, поскольку большая часть породы размывается попутным забоем. Кроме того, во время отработки всей заходки расстояние перемещения песков и расстояние между первым гидромонитором и приямком не увеличивается, что также сокращает расход воды на выгонку песков. Коэффициент полувеерной системы разработки достигает ес = 1,15, а веерной с полным углом поворота 1,2—1,3. Коэффициент уклона можно принимать такой же, как и при системах с попутным забоем.

На Миасских гидравлических разрезах при уклонах плотика 0,001—0,046 и напоре около насадки 30—32 м удельный расход воды на размыв пород I—III категории составляет 6—18 т/м3. Удельный расход воды на размыв 1 м3 пород в зависимости от длины забоя и уклона для указанных условий и пород II категории определяется уравнением
Системы разработки при гидравлическом способе разработки

где b, е — коэффициенты удельного расхода, зависящие от длины забоя;

i — уклон плотика.

Коэффициенты удельного расхода воды:

В последнее время стали увеличивать напор у насадки, вследствие чего удельный расход воды снизился.

Для повышения использования рабочего времени необходимо увеличивать длину забоя, однако из уравнения (140) следует, что это связано с увеличением удельного расхода воды. Такое противоречие определяет существование наивыгоднейшей длины забоя. Наибольшая производительность гидравлического разреза с одной землесосной установкой 8НЗ и напором около 33 м на россыпях с уклоном плотика 0,001 достигнута при длине забоя 45 м, а на уклонах 0,03 при длине забоя 60 м. Поэтому длину забоя не следует принимать меньше 45 м, а с увеличением уклона плотика целесообразно ее увеличивать. Объем пород, отрабатываемых с одной установки землесоса, при веерной системе значительно больше, чем при других системах. Землесос перестанавливают реже.

Веерная и полувеерная системы гидравлических разработок были созданы на Миасских приисках в конце 40-х годов. В последнее время их начали применять для гидравлической вскрыши на угольных разрезах Кузбасса. В забое устанавливают один гидромонитор с высоким напором (рис. 110 и 124, б), радиус забоя достигает 40—60 м, высота забоя 8—25 м; на вертикальном отрезке забойного водопровода устанавливают один шарнир. В забое поддерживают крутые поверхности смыва в сторону канавы, а также значительные уклоны почвенных канав, что содействует сокращению удельного расхода напорной воды. При необходимости выравнивать основание вскрышного уступа отрабатывают предохранительный вал 8 экскаватором-драглайном 9 (см. рис. 111), образуя временный отвал 10, из которого бульдозером 11 породы сбрасывают в канаву 7.

Комбинированные системы разработки. Большое влияние на область целесообразного применения системы оказывает изменение глубины россыпи, а также направления и величины уклонов плотика. Поэтому на гидравлических разработках распространены комбинированные системы разработки.

На рис. 125 изображена схема комбинированной системы разработки ключевой россыпи. Россыпь имеет в поперечном сечении переменную глубину от 1,5 до 4,5 м, причем продольная ось низших отметок плотика расположена у правого борта россыпи, где глубина ее наименьшая; продольный уклон плотика составляет 0,025—0,04. В этих условиях левая часть россыпи отрабатывается боковой системой, гидромонитор устанавливают на плотике в месте наивысшего его подъема у левого борта, где глубина россыпи достигает 4,5 м и в этом месте проходят опережающую заходку. Правую часть россыпи на одну треть ее ширины отрабатывают гидромонитором, установленным на поверхности, попутной системой с отступающим забоем, поскольку в этой части глубина россыпи небольшая. Кроме того, гидромонитор подает пески на понурно-шлюзовую установку, расположенную на плотике. Промывную установку со щитовым забором (двором) переносят через 25—30 м.