obschee

3.2 Разработка угля и породы гидромониторами

3.2.1 Общие сведения

Различают первичное и вторичное гидравлическое разрушение пород. Под первичным гидравлическим разрушением пород понимают разрушение ее структуры в целом, при котором разрушается связность частиц и порода превращается в пульпу. Под вторичным гидравлическим разрушением понимают гидравлическое разрушение разрыхленных пород после того, как они отделены от целины механическими способами и имеют уже разрушенную структуру.

Способы первичного гидравлического разрушения пород приведены в таблице 3.5.

В связи с активным характером влияния струи на породу,

разрушение ее водой происходит при меньшем давлении, чем механическими способами.

Таблица 3.5 – Способы первичного гидравлического разрушения пород

Способ разрушения	Средства разрушения
Гидромониторный размыв	Гидромониторы разных
напорной струей	конструкций
Разрушение насыщением водой	Водонасыщающие трубки
Разрушение за счет влияния	Подачей с приемного откоса
безнапорного потока	самотечного потока воды
Разрушение всасыванием породы	Всасывающие устройства
	земснарядов
Разрушение импульсными струями	Импульсные гидромониторы,
	гидравлические тараны и др.

Интенсивность разрушения пород в массиве зависит от принятой организации работ и расположения гидромониторов на площадке уступа. При расположении гидромониторов на нижней

41

площадке уступа, когда забой расположен в целине, процесс разрушения породы происходит таким способом. Гидромонитор сначала создает врубовую щель, что проводится одновременно по всему фронту размыва. Когда врубовая щель достигает определенной глубины, происходит обрушение откоса. Заваленная порода при падении нарушает свою структуру, что в значительной мере облегчает размыв. В простейшем случае размыва породного массива различают три рабочие операции: подрезка уступа, смыв заваленной породы,

промывание пульпопринимающей канавы.

3.2.2 Расход воды и напоры, необходимые для размыва породы

Расход воды, необходимого для размыва и гидротранспортировки 1 м3 грунта, называют удельным расходом воды.

Расходы воды на размыв породы и необходимые для этого напоры определяются физико-механическими свойствами пород и принятых способов разработки (табл. 3.7). В таблице 3.8 приведены удельные расходы воды, необходимые напоры в насадках гидромониторов и уклоны на нижних площадках уступов по действующим нормативам.

Таблица 3.7 – Разрушающее давление струи на забой

Группа пород по	Породы	Разрушающее
тяжести		давление воды
гидромониторной		на забой,
разработки		МПа
Легкие	Супески, суглинок легкий	0,045…0,08
	рыхлый
Средние	Суглинки легкий и средний	0,20…0,25
Тяжелые	Суглинки средний и тяжелый,	0,38…0,40
	глины песчаные
Очень тяжелые	Глины тяжелые песчаные	0,56…0,60
	42

3.2.3 Расчет гидромонитора

Эффективность разрушения горных пород напорной струей воды зависит от характеристики струи гидромонитора, физико-

механических свойств разрабатываемых пород, организации и последовательности гидравлического разрушения пород.

Гидромонитор служит для создания плотной, компактной струи и управления ее полетом.

При гидравлическом расчете гидромонитора определяют скорость вылета струи из насадки, расход воды и потери напора в гидромониторе:

1)Скорость вылета струи из насадки

v2 g H 2 p ,

где φ – коэффициент скорости; φ = 0,92…0,96;

H ( p ) – напор (давление) воды перед насадкой;

ρ– плотность воды.

2)Расход воды

	d02				d02
							2 p
Q			2 g H					,
	4			4

где μ – коэффициент расхода; μ = 0,92…0,96.

3) Диаметр насадки

d0 2	Q	2	Q	p	0,55	Q .
	2 g H		2			H

(3.27)

(3.28)

(3.29)

43

Для определения числа и параметров работы гидромониторов необходимо знать характеристику пород, схему разработки и высоту уступов. По этим характеристикам при помощи нормативов

[1, стр. 115, табл. 2.8] определяется необходимый удельный расход воды q и необходимый напор H. Задаваясь диаметром насадки, определяют расход одного гидромонитора Q.

4) Число рабочих гидромониторов при разработке горизонта

	n	W q			,	(3.30)
		t k	и	Q

где W – годовой объем работ на рабочем горизонте; q – удельный расход воды;

t – период разработки горизонта;

kи – коэффициент использования установки по времени.

5) Техническая часовая производительность гидромонитора

	Q		Q k i	,	(3.31)
		т	q

где k – коэффициент, который вводится при наличии перекачивающих станций; k = 0,95;

i – количество станций перекачивания.

6) Годовая производительность гидромонитора

Qр Qт Tр kи ,

(3.32)

где Tр – годовой фонд рабочего времени.

44

3.3 Технические способы струйного разрушения пород

3.3.1 Гидромониторы

Основным способом ведения вскрышных, добывающих и вспомогательных работ при помощи напорной струи воды являются

гидромониторы, которые служат для создания плотной, компактной струи и управления ее полетом при размыве и выемке пород, руд,

строительных материалов, россыпных и пластовых месторождений полезных ископаемых.

Гидромониторы разделяются:

1)по области использования – гидромониторы для открытых работ и для подземных разработок;

2)по назначению – врубовые (для разрушения массива пород),

смывные (для размыва прочных пород, отбитых механическими

средствами), бустерные (чтобы подгонять пульпу по желобам);

3)по напору – высоконапорные и низконапорные;

4)по типу струи – с постоянной струей и импульсные;

5)по способу управления – ручного управления, с

электромеханическим или гидравлическим приводом, с дистанционным

ипрограммным управлением;

6)по способу передвижки – переносные (монтируются на раме)

исамоходные (снабжены гусеничным шасси); такие, что требуют демонтажа основного трубопровода и такие, что передвигаются в процессе работы при помощи телескопических труб;

7)по расположению относительно плоскости забоя – такие, что расположены на безопасном расстоянии от забоя и такие, что расположены непосредственно возле забоя – гидромониторы ближнего боя.

45

Согласно

правилам

техники

безопасности

разрешено

гидромониторы с ручным управлением использовать при давлении

воды до 3 МПа.

1 – нижнее колено; 2 – фланец; 3 – шарикоподшипник; 4 – обойма; 5 – манжетное уплотнение; 6, 11 – болты; 7 – верхнее колено; 8 – шар; 9 – кольцо; 10 – резиновое уплотнение; 12 – конус; 13 – ствол; 14 – ось

Рисунок 3.9 – Проточная часть гидромонитора

Гидромонитор (рис. 3.9) состоит из неподвижного нижнего

колена 1, верхнего колена 7 и ствола 13. Нижнее колено, которое имеет

фланец 2 для присоединения напорного трубопровода, соединяется с

верхним коленом при помощи болтов 6, которые стягивают фланец

верхнего колена с обоймой 4. Между бортом обоймы и фланцем

нижнего колена находятся стальные кольца; между ними уложены

шарики, образующие шарикоподшипник 3. Благодаря этому верхнее

колено может свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Шарнир

46

уплотнен резиновой манжетой 5. Верхнее колено заканчивается шаром

8, который при помощи кольца 9 и болтов 11 соединен с конусом 12, к

которому привинчен ствол 13 гидромонитора. Конус может вращаться вокруг оси 14. Соединение уплотнено резиновым кольцом 10 и образует вертикальный шарнир, который позволяет стволу гидромонитора вращаться в вертикальной плоскости. Стволы современных мониторов снабжены успокоителями потока и насадками с конической и цилиндрической участками (см. рис. 3.3).

В состав гидромонитора также относятся рама, на которой он смонтирован (большие мониторы монтируются на самоходных гусеничных шасси), механизмы управления стволом, аппаратура дистанционного управления, вспомогательное оборудование

(прожектор и др.), контрольно-измерительные приборы.

1) Гидромониторы для открытых разработок

Конструкция

гидромонитора

ГМН-250с

показана

на

рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 – Гидромонитор ГМН-250с:

1 – нижнее колено;

2 – горизонтальный шарнир;

3 – верхнее колено;

4 – вертикальный шарнир;

5 – ствол; 6 - насадка

47

Гидромонитор сделан сварным из штампованных и литых деталей. На нижнем шарнире предусмотрен кронштейн для упора на деревянную площадку. В конструкции горизонтального шарнира использовано упорный шарикоподшипник, что повышает прочность шарнира и облегчает поворот ствола в горизонтальной плоскости.

Насадки гидромонитора не имеют резьбы и закрепляются на стволе с помощью накидной гайки. Управление гидромонитором – ручное.

Гидромониторная установка ГУЦ-6 (рис. 3.11) состоит из двух усовершенствованных гидромониторов ГМЦ-250м

производительностью до 800 м3/ч, маслостанции, переносного пультоуправления, связанного с гидромониторами шлангами высокого давления, и кабины. Система управления установкой – электрогидравлическая.

1 – пульт управления; 2 – шланги управления; 3 – гидромониторы ГМЦ-250м

Рисунок 3.11 – Гидромониторная установка ГУЦ-6

48

Гидромонитор ГМЦ-250м (рис. 3.12) уравновешенной

конструкции с унифицированными шарнирно-сальниковыми узлами и

гидравлическими цилиндрами поворота ствола, имеет каретку с

гидравлическим зажимом для поворота ствола в горизонтальной

плоскости на любой угол. Поворот производится непосредственно с

пульта управления. Гидромониторная установка оснащена устройством

для автоматического реверсивного поворота ствола гидромонитора в

горизонтальной плоскости.

1 – насадка; 2 – ствол; 3 – вертикальный шарнир; 4 – привод подъема ствола; 5 – верхнее колено; 6 – горизонтальный шарнир; 7 – привод поворота ствола; 8 – нижнее колено

Рисунок 3.12 – Гидромонитор ГМЦ-250м

Гидромонитор ГМН-350 представляет собой установку,

смонтированную на ходовой раме с полозьями, которая транспортируется трактором (рис. 3.13).

49

50

1 – нижнее колено; 2 – горизонтальный шарнир; 3 – верхнее колено; 4 – привод поворота ствола; 5 – привод подъема ствола; 6 – вертикальный шарнир; 7 – прожектор; 8 – ствол; 9 – насадка

Рисунок 3.13 – Гидромонитор ГМН-350