Вскрытие плотинами россыпей при дражном способе разработки

При этом способе вскрытия драгу собирают на выровненной поверхности россыпи ближе к увальной части долины, и котлован не проходят. Первоначальный разрез образуется с помощью плотины, которой перегораживают долину и поднимают воду выше меженного горизонта на 2—11 м (рис. 135). Поэтому днище понтона драги устанавливают на более высоких горизонтах и этим обеспечивают драге свободный доступ к площадям с возвышенным плотиком. Благодаря подъему воды уменьшается надводный борт разреза, вследствие чего драге создается свободный доступ также к площадям со значительной надводной мощностью россыпи.

Необходимая высота подъема драги и уровня воды W (на определенной разведочной выработке рис. 135) по условиям осадки понтона определяется по уравнению (148), принимая zд = 0.

Для расчета необходимой высоты подъема драги по размерам отвального оборудования нужно предварительно установить превышение надводной мощности россыпи сверх предельного значения, т. е. найти разность H2 — H2б. Необходимая высота подъема драги по размерам отвального оборудования h'' принимается меньше этой избыточной надводной мощности россыпи, поскольку с подъемом уровня воды будет изменяться подводная глубина разреза, а следовательно и H2б. Окончательную высоту подъема можно установить перерасчетом этих величин, чтобы сумма h'' + Н2б'' была равна H2.

Высота подъема драги и уровня воды в долине принимается равной наибольшей высоте, вытекающей из условий осадки понтона и размеров отвального оборудования, т. е. величин h' и h".

Плотины поднимают уровень воды ступенями (см. рис. 135). Выше плотины уровень воды несколько поднимается вследствие подпора ее. На участках, где пойма долины затоплена выше отметок бортов дражного разреза, т. е. на участке 2; 3, величина подпора мала, и поверхность уровня воды можно принимать горизонтальной. Правее точки 3 поверхность бортов разреза превышает уровень подъема, а дражные отвалы создают дополнительные препятствия течению реки, вследствие чего подпор на участке 3; 4 увеличивается. Подпор зависит от расположения дражных отвалов и уклона долины и на уральских реках изменяется от 1/3 до 1/7 уклона долины. Таким образом, плотина поднимает в долине воду (создает подтоп) на отрезке 2; 5, который называют расстоянием подтопа.

Чтобы создать доступ для драги на протяжении всей россыпи 1; 6, необходимо поднять уровень воды на величину h. Поэтому плотина1 с высотой подъема воды H обеспечивает драге доступ к запасам по всей ширине россыпи на расстояние доступа L (отрезок 2; 4). Для обеспечения доступа на площадях правее точки 4 необходимо соорудить вторую плотину для подъема воды до высшей отметки 6. Разность отметок точек 2 и 1 определяет величину перепада воды на плотине.

Из схемы определяется зависимость между высотой подъема воды плотиной и расстоянием, на котором обеспечивается доступ драги:

где H — высота подъема воды плотиной относительно меженного горизонта, м;

Hп — высота дополнительного подъема от подпора воды на протяжении расстояния доступа, м;

L — расстояние доступа, м;

е = 0,15—0,3 — коэффициент подпора уровня воды на длину участка доступа;

а1 — угол падения долины, град;

h — необходимая высота подъема воды для обеспечения доступа к площади по разведочной линии, м.

Поднять воду до отметки 7 можно, построив одну высокую плотину а (см. рис. 135, пунктир) или большим числом плотин с меньшей высотой подъема. Высота и число сооружаемых на одной и той же россыпи плотин влияют на затраты по их постройке. Затраты на сооружение плотины складываются из расходов на сооружение земляной насыпи, сооружение водослива для пропуска воды и освоение строительной площадки. Увеличение высоты плотин и сокращение их числа увеличивает объем земляных работ по сооружению насыпей, поскольку сечение насыпи трапециевидное. Размеры водослива плотины зависят от секундных расходов воды в реке. С увеличением высоты плотин и сокращением их числа как общие, так и удельные затраты на сооружение водосливов будут уменьшаться.

Затраты на освоение строительных площадок изменяются так же, как и затраты на сооружение водослива. Суммарные затраты на сооружение плотин, а также удельные затраты изменяются по кривой, приближающейся к параболе. Точка перегиба кривой определяет наивыгоднейшую высоту подъема воды на плотине и наивыгоднейшее расстояние доступа, при которых обеспечиваются наименьшие расходы на сооружение плотины, а также наименьшие удельные затраты на 1 м3 запасов, расположенных на площади доступа одной плотины.

Наивыгоднейшая высота подъема воды на плотине имеет сложную зависимость с условиями места ее заложения. Поэтому при выводе расчетного уравнения способом нахождения минимума функции приходится использовать вспомогательный условный угол ф и решать уравнение с помощью косинуса тройного угла. Косинус вспомогательного угла определяется уравнением

где S — стоимость водослива и освоения строительной площадки, руб.;

s — стоимость 1 м3 земляных работ по возведению насыпи плотины, руб.;

В — ширина поймы на уровне воды в реке, м (рис. 136);

w — сумма коэффициентов заложения правого w1 и левого w2 увалов долины; w = ctg а2 + ctg а3 = w2 + w2;

a2, a3 — угол откоса увалов долины.

Вспомогательный угол ф определяют в зависимости от величины косинуса. Если косинус больше единицы, то угол находят по таблице гиперболических конусов. При косинусе, равном или меньшем единицы, но большем нуля, угол ф устанавливают по таблице круговых тригонометрических косинусов. При отрицательном косинусе угол ф определяется следующим образом: у косинуса вспомогательного условного угла отбрасывают отрицательный знак и его значение приравнивают косинусу угла а, после чего угол а находят по таблице круговых косинусов. В дальнейшем угол а определяют по уравнению ф = 180° — а.

Наивыгоднейшую высоту подъема воды на плотине Hн с помощью вспомогательного угла ф определяют по уравнению

где h — необходимая высота подъема воды и драги для обеспечения доступа по условиям осадки и размерам отвального оборудования, м.

Из уравнения (157) видно, что с увеличением стоимости водослива при большой водоносности реки или большой трудоемкости сооружения водослива следует применять более высокие плотины, чтобы число их на россыпи было меньше. Земляные работы оказывают обратное влияние на высоту подъема, т. е. при снижений стоимости 1 м3 земляных работ целесообразно строить плотины большой высотой. Уклон долины не влияет на наивыгоднейшую высоту подъема, однако он влияет на расстояние доступа, что видно из уравнения (155).

Кривая стоимости сооружения плотины в точке перегиба выполаживается. Поэтому, варьируя высотами, близкими к наивыгоднейшей, можно добиться уменьшения стоимости строительства плотин по другим условиям, не учитываемым уравнением, например за счет расположения вышележащих плотин. Для уменьшения стоимости работ по подъему воды на всей россыпи вышележащие плотины следует располагать в наиболее узких местах долины, а также там, где затраты на сооружение водослива и на насыпку 1 м3 пород будут наименьшими. Таким образом, некоторые отступления от наивыгоднейшей высоты допустимы, если при этом возможно расположить вышележащие плотины в более выгодном месте.

Необходимая высота подъема драги для обеспечения доступа к площадям по отдельным разведочным линиям также меняется. Для уменьшения стоимости сооружения всех плотин необходимо, чтобы плотины располагались на линиях, которые требуют небольших высот подъема драги, а разведочные линии, на которых необходима наибольшая высота подъема, располагались выше, но вблизи плотины.

Методика использования уравнения наивыгоднейшей высоты подъема воды для расчета высот плотин на всей россыпи при различной ширине поймы изложена в работе. При расчете необходимо, чтобы затраты на сооружение всех плотин были наименьшие.

Конструктивные размеры насыпи зависят от свойств пород, используемых для ее сооружения, и высоты подъема воды на плотине. Насыпь плотин намывают гидравлическим способом или отсыпают колесными скреперами, бульдозерами и самосвалами с добычей пород экскаваторами. Стоимость возведения насыпи 0,4—1 руб/м3.

Плотины на дражных разработках наиболее часто строят с высотой подъема воды на 5—6 м.

Объем насыпи самых больших плотин достигал на Урале 130 000 м3, а длина по гребню 2,2 км. Наибольшее число плотин на полигоне одной драги не превышало 19, а срок службы плотин составлял от 0,5 года до 10 лет. Крупные плотины после отработки россыпи часто используют в качестве водосборников для гидравлических разработок.

Наиболее распространены деревянные водосливы со щитовым затвором и ряжевыми устоями на свайном или скальном основании. При сроках службы плотин до 1 года применяют водосливы стоечнообшивного типа с облегченными устоями. Стоимость сооружения 1 м2 сечения лотка водослива, рассчитанного для пропуска потока, в зависимости от конструкции и условий механизации забивки свай и заготовки лесоматериалов составляет 150—500 руб.

Для снижения затрат на водосливы проходят водосливную канаву в обход плотины, по ней воду пропускают только во время паводка, а в межень ее перегораживают перемычкой. Щитовой водослив в таких случаях рассчитывается на пропуск 1/3 или 1/2 объема паводковых вод. Сооружать водосливную канаву выгодно, если поверхность увала позволяет ее пройти без больших затрат, а основание канавы составляют крепкие породы.

Для создания достаточного количества вскрытых запасов, испытания и устранения недостатков в конструкции плотины ее следует строить на талых россыпях с опережением во времени на 0,5—1 год. На мерзлых россыпях, когда применяется естественная оттайка, плотины приходится сооружать с большим опережением, чтобы к подходу драги породы на затопленных площадях успели оттаять.

Расходы на погашение стоимости сооружения плотин на 1 м3 запасов россыпи для Урала составляли 2—6 коп. и редко на наиболее сложных участках повышались до 15 коп.

Если россыпь разрабатывается по восстанию, то целики под плотинами теряются безвозвратно. Для уменьшения этих потерь при возведении насыпи намывным способом вначале на месте сооружения плотины проходят котлован до плотика, и насыпь намывают непосредственно на плотик.

К преимуществам применения плотин относятся более полная отработка балансовых запасов и увеличение годовой производительности драг. В этом случае в промышленные запасы могут быть включены площади с малой подводной глубиной россыпи, с плотиком, расположенным на 2—4 м выше меженного уровня воды в реке, или площади с надводной мощностью россыпи до 8—10 м. При возведении плотин значительная часть поверхности россыпи затопляется, и глубина промерзания за зиму уменьшается. Вследствие подъема уровня воды облегчается выемка песков с бортовых площадей, так как уменьшается объем задирки плотика. Поэтому увеличивается средний коэффициент наполнения черпаков и средняя годовая производительность драги, а также продолжительность сезона работ, особенно когда в реке мало воды.

Плотины строятся при секундных расходах воды в реке от 15 л до 400 м3 во время паводка. На маловодных россыпях плотины уменьшают поверхностный и подземный сток воды из дражного разреза, что делает возможным разработку таких россыпей без дополнительного водоснабжения. Это имеет большое значение для нарушенных россыпей и россыпей, сложенных отложениями с высоким коэффициентом фильтрации. Плотины значительно увеличивают объем воды дражного разреза, вода лучше отстаивается, отчего, сокращаются простои драги от засорения приемных колодцев и повышается извлечение металла. При хорошей организации работ уменьшаются также простои драги, связанные с креплением береговых роликов и переноской кабеля. Кроме того, плотины содействуют осветлению отработанной воды, что важно в случаях использования воды рек электростанциями и другими предприятиями. Плотины особенно целесообразно применять на россыпях, долины которых имеют сужения.