Аналіз сучасних технологій та вибір обладнання для вилучення бурштину

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

Аналіз сучасних технологій та вибір обладнання для вилучення бурштину

Корнієнко В.Я.

В статті приведений аналіз технологій та пристроїв для добування бурштину. Запропоновано застосування гідромеханічного способу для добування бурштину віброгідравлічним витягачем.

The article addressed the analysis technologies and devices for amber extraction from amber deposits. The hydromechanics methods to proposed from amber deposits by vibrohydraulic devices for amber extraction from amber deposits.

В Україні розвідані значні поклади цінного бурштину, відмітного розмаїттям кольорів та значній кількості хімічних компонентів, з якого виготовляються прикраси, лаки, фарби лікарські препарати. Для переробки бурштину в 1998 році в Рівному зведена ювелірна фабрика з виготовлення бурштинових прикрас, бурштинової, глаутарової кислот, летючих ароматичних масел для фармації.

На Рівненщині бурштин залягає в піщаних та піщано-глинистих ґрунтах на глибині до 15м.

Добування бурштину із піщаних родовищ в основному здійснюється двома способами: механічним та гідравлічним.

Механічний спосіб включає в себе механічну розробку масиву ґрунту у відкритому кар'єрі або під землею.

Такий спосіб добування бурштину включає: розкриття продуктивного шару ґрунту, екскаваційні роботи, транспортування породи від місця розробки до грохоту, де відбувається відділення бурштину від породи шляхом миття, рекультивацію земель.

Недоліками такого способу є великі експлуатаційні та економічні затрати, винос породи на поверхню і негативний екологічний вплив на навколишнє середовище.

Гідравлічний спосіб здійснюється розмиванням продуктивного шару ґрунту струминами високого тиску та виносу бурштину на поверхню родовища гідравлічними потоками.

Спосіб свердловинного гідравлічного добування корисних копалин[1, 2](рис.1) включає розкриття продуктивного горизонту свердловинами по контуру добувальної камери, їх обсадку, встановлення в них гідродобувального обладнання з видавальним пристроєм, сполучення між свердловинами, підрізання продуктивного горизонту і заповнення підрізаної щілини водою, руйнування порід продуктивного горизонту в підрізну щілину, гідророзмив породи в затопленому забої та підняття пульпи на поверхню по свердловині самовиливом за рахунок постійного надходження рідини в робочу зону в центрі добувальної камери.

Спосіб реалізується наступним чином. В родовищі по контуру добувальної камери бурять периферійні свердловини глибше рівня продуктивного горизонту з діаметром достатнім для розміщення в них гідродобувального обладнання. В центрі добувальної камери бурять додаткову видавальну свердловину з діаметром, який би забезпечував вільне проходження бурштину максимального діаметра. Свердловини обсаджують обсадними трубами до межі продуктивного горизонту. Потім в периферійних свердловинах розміщують гідродобувальне обладнання, яке включає гідромонітор і видавальний пристрій. Гідромонітор виводять на рівень межі підстилаючих порід, які розмивають формуючи на межі з продуктивним горизонтом горизонтальну підрізну щілину. Обертанням гідромонітора в горизонтальній площині утворюють в межах добувальної камери сектор розмиву. Для зменшення часу формування підрізної щілини розмив ведеться в осушеному забої. При вилученні пульпи на поверхню використовують видавальний пристрій.

Після утворення підрізної щілини гідромонітор виводять на рівень першого підрізного шару продуктивного горизонту. Гідромоніторами формують підрізну щілину з прямим похилом в бік додаткової видавальної свердловини, а нижній торець обсадних труб піднімають до верхньої точки крівлі першого підрізуваного шару. В процесі формування похилої підрізної щілини горизонт заповнюють водою до рівня видавального пристрою. По мірі заглиблення похилої підрізної щілини відбувається обвал шару продуктивного горизонту у вироблений простір підрізної щілини. Після з'єднання підрізної щілини з верхнім торцем обсадних труб підйом пульпи зупиняють і починають розмив в забої обваленого шару. При цьому забезпечується дезінтеграція частинок породи і бурштин звільнюється від зв'язків з масивом ґрунту. Глиниста фракція переходить в пульпу, густина якої сягає 1,2г/см³. Пісок випадає в осадок, як більш важка фракція. Оскільки, питома вага бурштину складає 1,00...1,11 г/см³, то він за рахунок виштовхувальної сили та сили потоку пульпи піднімається до нижнього торця обсадних труб. Після розмиву першого обваленого шару продуктивного горизонту гідромонітор виводять на рівень другого шару, а обсадні труби піднімають до верхньої точки крівлі другого підрізуваного шару, формують підрізну щілину і розмивають другий продуктивний горизонт. Операції повторюють до повної розробки всього продуктивного горизонту.

Відомі й інші способи свердловинного добування корисних копалин, наприклад, з використанням сумішей різної в'язкості (рис.2).

Так, в підготовлену свердловину 1 подається в'язка незамерзаюча рідина 5, яка утворює з ґрунтовим масивом 2 пульпу 3 та за рахунок різниці густини, більш важкі фракції опускаються вниз свердловини 4, а більш легкі - виносяться разом з ґрунтовим масивом насосами 7, які викачують пульпу 6, на поверхню родовища. Даний спосіб використовується для добування матеріалів з мерзлих ґрунтів, а також для сортування корисних копалин різної густини.

Проте всі вони супроводжуються виносом мінерального ґрунту на поверхню родовища, не забезпечують повного вилучення бурштину з родовищ, енергомісткі, призводять до зміни структури ґрунтів, утворення пустот і відповідно справляють значний негативний техногенно-екологічний вплив на навколишнє середовище.

В Національному університеті водного господарства та природокористування (НУВГП) його співробітниками розроблений гідромеханічний спосіб підйому бурштину на поверхню родовища[4], новизна якого підтверджена патентом №32201.

Суть наведеного способу полягає в тому, що масив, насичений водою активізується шляхом механічного збудження (віброзбудження) до утворення суцільного суспензного шару такої густини, при якій виникає виштовхувальна сила, яка піднімає бурштин на поверхню родовища. Тобто, механічною дією при наявності в масиві води доводимо його до повної втрати зв'язків між частинками, вивільнення бурштину та досягнення середовищем суспензного стану з густиною, яка більша від питомої сили тяжіння бурштину, що дозволяє останньому спливати на поверхню родовища за рахунок Архімедової сили.

Спосіб реалізується наступним чином: в бурштиноносний масив вібраційним методом занурюються штанги у вигляді труб із яких подається вода і на яких закріплені віброзбуджувачі. При цьому масив насичується водою і віброзбуджувачами приводиться в коливальний рух. Бурштин звільняється від зв'язків з середовищем і спливає на поверхню.

Реалізація способу при повному вилученні з родовища бурштину дозволяє виключити вихід мінеральної породи на поверхню родовища, а тим і зменшити негативний техногенний вплив на навколишнє середовище, підвищити продуктивність праці зі зменшенням загальних економічних витрат.

Сьогодні засоби вібраційного впливу на ґрунтове середовище широко застосовуються при заглибленні в ґрунт шпунтів, труб, оболонок, паль; при розробці і обробітку ґрунтів, бурінні свердловин, ущільненні особливо рихлих і водонасичених піщаних ґрунтів.

Такі засоби, як правило, включають збудники коливань (вібратори), віброснаряди з вібровипромінювачами; апаратуру для вимірювання, контролю і управління вібрацією; пристрої для попередження, гасіння, ізолювання шкідливого розповсюдження вібрації.

Змушуюча сила вібраторів, які використовуються для впливу на ґрунтове середовище сягає тисячі і більше кН.

Так, віброзаглиблювач В-402 (рис.3) розвиває змушуючу силу в 16 кН, а ВПП-2А - 400 кН.

Потужне вібраційне обладнання встановлюється на спеціальну базу (рис.4) або підвішується до кранових установок (рис.5).

добування бурштин гідромеханічний

Рис.5.Установка ВУУП-6

Існуючі віброснаряди виконані для досягнення максимального ущільнення ґрунту. Серед них слід виділити віброснаряди з гвинтовими (рис.6) і біконічними вібровипромінювачами [3](рис.7)

Рис.6 (а,б) Глибинний віброущільнювач бетонних сумішей

Рис.7.Глибинний віброущільнювач

Глибинний віброущільнювач складається з механічного вібратора 1, розташованого на платформі 2, яка передає коливання до стержня 4 з біконічними вібровипромінювачами 3.

Найбільш ефективними щодо об'ємної передачі вібраційних сил є снаряди з біконічними вібровипромінювачами.

Тому, саме вони покладені в основу створення віброгідравлічних витягачів бурштину з піщаних родовищ.

Віброгідравлічний витягач бурштину з піщаних родовищ (рис.8), новизна якого підтверджена патентом № 34122, № 45216[5,6] включає збудник коливань 1 і рознесені на вертикальних стержнях 2 (які виконані пустотілими) біконічні вібровипромінювачі 3. На кінцях стержнів 2 встановлюються конусні наконечники 4.

Віброгідравлічний витягач закріплюється на кранову установку або ж спеціальну базу.

Процес зрідження ґрунту відбувається наступним чином.

В бурштиноносний масив вібраційним методом занурюються стержні 2 з біконічними вібровипромінювачами 3 при одночасній подачі через них і конусні наконечники 4 в масив води. Масив вібровипромінювачами 3 приводиться в коливальний рух, при цьому утворюється зона суцільного кипіння ґрунту. Бурштин відділяється від масиву і під дією виштовхувальної сили спливає на поверхню. Конусні наконечники 4 руйнують нижні шари ґрунту, створюючи навколо себе суспензне середовище, яке дозволяє рухатись вібропристрою в будь-якому повздовжньому напрямку.

1

2

Рис.8а.Загальна схема витягача бурштину

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.8б. Контакт віброкиплячих шарів вібровипромінювачів сусідніх висотних рівнів в перерізі А-А рис.8а.

(вібровипромінювачі першого висотного рівня,

вібровипромінювачі другого висотного рівня,

вібровипромінювачі третього висотного рівня)

Рух віброгідравлічного витягача можливий при переміщенні кранової установки або спеціальної бази по родовищу. При цьому вібропристрій залишається в масиві ґрунту розробляючи ділянки навколо себе, або ж крановою установкою виймається з масиву і переставляється на новий об'єкт роботи.

Використання віброгідравлічного витягача бурштину з родовищ дозволяє досягти повне вилучення бурштину з родовища, збільшити продуктивність праці, зменшити енергоємність та негативний техногенно-екологічний вплив на навколишнє середовище.

Література

1. А.с. №1002587 /СССР/ Способ скважинной гидравлической добычи полезных ископаемых /Дмитриев В.А., Бабичев Н.И., Шишкин В.И., Васильев В.Г. и др./ Бюл.№9, 1983.

2. А.с. №1208249 /СССР/ Способ извлечения материала из подземных формаций через скважены /Фонберштейн Е.Г., Черней Э.И., Петрищев В.В., Черкасов А.В./ Бюл.№4, 1986.

3. А.с. №1222793 /СССР/ Глубинный виброуплотнитель /Мухин Ж.Г., Власов В.Н. и др./ Бюл.№13, 1986.

4. Патент України №32201. Спосіб вилучення бурштину з родовища /Романовський О.Л., Нікітін В.Г., Корнієнко В.Я. та інші/ НДЦПЕ, Київ, 2004, Бюл.№9.

5. Патент України №34122. Вібропристрій /Романовський О.Л., Нікітін В.Г., Корнієнко В.Я. та інші/ НДЦПЕ, Київ, 2003, Бюл.№1.

6. Патент України №45216. Вібропристрій /Романовський О.Л., Нікітін В.Г., Корнієнко В.Я. та інші/ НДЦПЕ, Київ, 2004, Бюл.№9.

Размещено на Allbest.ru