obschee

Ярус – часть шахтного поля, ограниченного верхним вентиляционным и главным аккумулирующим штреком (включая

несколько этажей).

Панель – часть шахтного поля, которое включает несколько

ярусов.

11

2 ОБЛАСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ

2.1 Характеристика области применения гидромеханизации

Область целесообразного применения гидродобычи полезных ископаемых определяется следующими условиями:

1. Наличие технической воды. Минимальный удельный расход воды, необходимый для гидротранспорта полезного ископаемого, равен

3…4 м3 на тонну горной массы, а для гидроотбойки стационарной струей – 6…10 м3. Объем воды, который соответствует удельному расходу, необходимый только в начальный период работ. В дальнейшем вода для гидродобычи от внешнего источника нужна только для пополнения ее затрат в системе циркуляции (обычно 10…15 %). На шахтах, например, потери компенсируются шахтным приливом или дополнительной подачей от ближайших озер, рек или специальных скважин.

2. Качество воды. В районах разработки возможен прилив агрессивных вод (кислых или щелочных), которые разрушают металл.

Такие воды не используют для гидродобычи, а получают из других источников.

3. Угол падения пластов. По условиям применения наиболее эффективного безнапорного гидротранспорта гидродобычу полезных ископаемых преимущественно вести на пластах с углом падения больше

5…6°. При углах падения менее двух градусов необходим напорный гидротранспорт от забоев, а при углах от 2 до 6 градусов необходим напорный гидротранспорт от выемочных участков.

12

4. Прочность пластов. Гидравлическая разработка возможна любых пластов, в том числе и «нерабочих», прочностью 0,3…0,5 м,

однако лучшие показатели получают при разработке пластов средней прочности и прочных.

5.Глубина разработки – не ограничена. Созданы углесосы для выдачи пульпы из шахт глубиной 200 м, а при последовательном включении до 400 м. при помощи многосекционных эрлифтов гидроподъем угля из шахт возможен с глубины до 1000 метров и больше.

6.Прочность угля не ограничивает применение гидродобычи,

но требует повышения рабочего напора воды или применения других способов разрушения горного массива.

7. Потребность в электроэнергии. Гидравлическая разработка угля является механизированным процессом. Потери электроэнергии на одну тонну угля, который добывается и обогащается, при гидродобыче составляют 30 кВт·час и больше, против 20 кВт·час на обычных шахтах.

Это вызвано более высокой энергоемкостью гидроотбойки и гидротранспортировки угля в сравнении с механическими способами.

Разработка высокоэффективных способов гидроотбойки импульсными струями и применения способов подъема и транспорта гидросмесей высокой концентрации позволяет снизить расход электроэнергии.

8. Климатические условия требуют расходов на теплоизоляцию сооружений гидрокомплекса поверхности и на подогрев воздуха,

который подается в шахту для проветривания при ведении работ в зимний период.

Применение гидромеханизации в сложных условиях – на тонких, очень нарушенных, с большим наличием газа и склонных к

13

самовозгоранию пластов, при слабых боковых породах, технично возможно, но должно быть обосновано технико-экономическими расчетами.

Подводя итоги можно отметить позитивные и негативные стороны гидродобычи угля.

Преимущества: малооперационность, простота, гибкость,

непрерывность и одновременность процесса; меньший объем капитальных затрат; меньшие сроки строительства шахт; более высокая производительность труда; возможность выемки угля без крепления очистных выработок, возможность полной автоматизации производственных процессов – также, как и в условиях открытой гидроразработки, позволяют получать высокие технико-экономические показатели.

Недостатки: измельчение угля при гидротранспортировке, что осложняет обезвоживание угля; неблагоприятные условия работы гидромониторщиков в забоях, которые не переведены на дистанционное управление, высокие технологические затраты при выемке угля без ограничения очистного пространства; загрязнение водоемов шламовыми водами; большие затраты электроэнергии.

2.2Влияние свойств породи на эффективность процессов гидромеханизации

Наиболее существенное влияние на эффективность процессов гидромеханизации имеют физико-механические свойства пород. Они определяют выбор методов осуществления и параметров гидравлических процессов гидромеханизации (способы разрушения и транспорта, удельный расход воды, напор, необходимый для

14

разрушения, параметры гидротранспорта пород), выбор основного технологического оборудования и последовательность технологических операций, влияющих на износ основного оборудования.

Гранулометрический состав пород характеризует процентный состав частиц по крупности и определяется гранулометрическим анализом, который может проводиться ситовым или седиментационным методами.

При проектировании гидромеханизированных работ необходимо установить средневзвешенный диаметр твердых частиц, dср который является основной характеристикой гранулометрического состава. При известном гранулометрическом составе dср определяется по зависимости

dср	n Pi di ,	(2.1)
	i 1

где Pi – весовое содержание фракций пород данного диапазона крупности; di – средний диаметр частиц i-ой фракции (определяется среднеарифметическое значение граничных диаметров данной группы фракций).

При определении гранулометрического состава выделяются следующие фракции (мм): более 100; 100…60; 60…40; 40…20; 20…10; 10…5; 5…2; 2…1; 1…0,5; 0,5…0,25; 0,25…0,10; 0,10…0,05; 0,05…0,01; 0,01…0,005 и менее 0,005.

От гранулометрического состава зависит гидравлическая крупность частиц, под которой понимают скорость падения частиц в спокойной воде.

15

Гидравлическая крупность частиц зависит от формы, размеров и плотности частиц, вязкости и температуры воды.

При сжатом падении, то есть в случае падении при ограниченном поперечном сечении частиц в воде, которая содержит взвешенные частицы, скорость падения будет зависеть, кроме того, от концентрации пульпы и других факторов. Гидравлическая крупность частиц в движущемся потоке значительно уменьшается.

При проектировании процессов гидромеханизации учитывают средневзвешенную гидравлическую крупность, которая определяется по формуле

v	n v		P ,	(2.2)
0c	i 1	0i	i

где v0i – средняя гидравлическая крупность i-ой фракции.

Относительная водоотдача – количество воды, отданное образцом породы, который намывается, с начала водоотдачи (в

процентах от полной водоотдачи). Интенсивность водоотдачи особенно тщательно исследуется при гидрозакладных работах. Для этого породу намывают в специальные мерные ящики, которые оснащены приемными емкостями для измерения количества воды, которая выделяется. Через равные промежутки времени определяют количество выделяемой воды к полной водоотдаче.

Способность водоудержания намываемого массива определяется по разнице влажности породы в целине или в насыпном виде и влажности породы после прекращения процесса водоотдачи из намываемого массива.

16

Измельчение породы при гидротранспортировке характеризирует интенсивность ее разрушения при движении в напорном трубопроводе. Степень измельчения зависит от структуры породы, ее физико-механических свойств, скорости движения и удельного расхода воды.

Способность пород окислять воду определяется по показателю концентрации водных ионов в водной вытяжке из смеси породы и воды – pH.

Несвязные породы размываются водой при относительно небольших напорах. Разрушение глинистых пород зависит в значительной мере от их сцепления, пористости и пластичности.

С увеличением коэффициента фильтрации и размокания пород условия размыва облегчаются. Увеличение способности водоудержания породы вызывает ухудшение процесса отстоя ее в отвале. Увеличение сцепления породы требует увеличения удельного расхода воды.

Увеличение пластичности и плотности породы вызывает необходимость увеличения напора и расхода воды на размыв.

На износ гидравлического оборудования влияют абразивные свойства и гранулометрический состав пород.

Абразивность горных пород зависит от прочности, твердости и остроты вершин минеральных зерен. Твердость горной породы полиминерального состава определяется по формуле

T	n		i ,	(2.3)
	1	i
i

где μi – твердость i-го материала, который составляет породу;

λi – объемное содержание i-го материала.

17

3 ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННАЯ РАЗРАБОТКА ПОРОД

3.1 Гидромониторная струя и расчет ее параметров

3.1.1 Понятие про струю, ее формирование

Струя это поток жидкости, движение которой происходит при отсутствии твердых границ. В зависимости от плотности жидкости струи ρ и плотности ρ1 среды, в которой струя движется, различают

свободные незатопленные (ρ>> ρ1), свободные затопленные (ρ≈ ρ1) и

несвободные затопленные (ρ< ρ1).

Гидромониторная струя воды, которая движется в воздушной среде, является незатопленной струей. Ее параметры зависят от диаметра насадки и давления перед насадкой. На параметры струи также влияют условия ее формирования в проточных каналах гидромонитора и в насадке.

На разрушение массива горных пород влияют динамические давления по оси струи и ее сечения, диаметр струи, сила влияния струи на массив и другие факторы, которые касаются физико-механических свойств горных пород.

3.1.2 Использование струй воды при гидромеханизации

горных работ

При открытой разработке месторождений широко используются водные струи разных производительностей и давлений. Из общего объема вскрышных работ, которые выполняются гидравлическим способом в СНГ, приблизительно 95% припадает на гидромониторную разработку. Среди преимуществ гидромониторной разработки можно выделить:

18

-простоту конструкции и надежность в эксплуатации оборудования – гидромонитор имеет минимальное количество движущихся деталей, легко обслуживается, не имеет непосредственного контакта с массивом, который разрушается;

-удобство включения гидромониторного размыва в технологическую цепочку гидродобычи – вода, которая формирует разрушающую струю, используется потом для самотечного, а иногда и напорного гидротранспорта породы, а после прояснения может снова подаваться в гидромонитор; это позволяет реализовать замкнутое водоснабжение;

-струя, которая разрушает, использует также функцию

пылеподавления, что особенно необходимо в подземных условиях добычи.

Среди недостатков этого метода можно отметить высокие удельные затраты энергии и низкую эффективность при разрушении прочных пород.

Средний удельный расход воды при гидромониторной разработке на угольных карьерах составляет 6 м3, удельный расход электроэнергии – около 5,5 кВт∙час на 1 тонну грунта. Как основное оборудование для размыва горных пород используют гидромониторы типа ГМ-2, ГМН-250з, ГМП-250м, ГМДУЕГ-250, КУГУ-350 с насадками диаметром от 50 до 165 мм, при давлениях до 1,2 МПа.

Широко используется гидромониторная разработка россыпных месторождений полезных ископаемых. Условия разработки тут чрезвычайно разнообразные как в горно-геологическом и гидрогеологическом, так и в климатическом отношении. При гидравлической разработке гидромониторными струями разрушаются горные породы разного вещественного состава и разной прочности.

19

На действующих гидрошахтах гидромониторные работы характеризуются следующими данными: давление воды до 12 МПа,

диаметр насадок от 16 до 28 мм, средняя производительность гидроотбойки в очистительном забое до 60 т/час. Для дальнейшего повышения эффективности выемки угля необходимо повышать напоры струи води до 15…16 МПа. Гидроотбой совершается подземными гидромониторами типа Г-1, ГМДЦ-3м, ГМДЦ-4, ГКД, 12ГП и др. с

дистанционным гидравлическим управлением.

За рубежом в США, Канаде, Новой Зеландии и др. проводятся гидромониторные роботы на карьерах по добыче разных полезных ископаемых, а также при разработке золотоносных и оловянных месторождений.

Сейчас в Украине и за рубежом уделяется большое внимание применение на горных работах струй небольшого диаметра высокого давления, в том числе и импульсных струй. Применение гидромониторных струй разных давлений показало, что разрушение ними угля и горных пород эффективно.

3.1.3 Классификация водных струй

На основании заграничного и отечественного опыта использования водных струй в промышленности и научных исследований разработана классификация водных струй, которые применяются в горной промышленности или намечены к применению.

При разработке этой классификации как классификационные признаки приняты давление струи, расход воды и характеристика горных пород,

для разработки которых рекомендованы струи той или иной группы.

Первой группой водных струй давлением 0,3…2,0 МПа

разрабатываются вскрышные породы (пески, супески, суглинки и др.),

20