Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Иркутский государственный технический университет

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Основы горного дела»

Гидромеханизация горных работ

Выполнил студент группы ГПО-10-1 Н.А.Чайкин

Проверил доцент Ю.В. Бокунов

Иркутск, 2011

Содержание

1. Гидромеханизация

• 2. Основные технологические процессы
• 3. Технологический процесс гидромеханизации
• 4. Безэстакадный и эстакадный способы намыва
• Используемые источники

1. Гидромеханизация

гидромеханизация земляной горный эстакадный

Гидромеханизация - способ механизации земляных и горных работ, при котором все или основная часть технологических процессов проводятся энергией движущегося потока воды. Использование энергии воды для строительных и горных работ было известно около 2 тыс. лет назад. Так, в 1 в. до н. э. вода использовалась для разработки золотоносных и оловоносных россыпей. В дальнейшем энергию потока воды применяли для проходки каналов, траншей, создания оросительных систем.

Важными этапами развития Г. в дореволюционной России явилась организация в 19 в. многочисленных золотых приисков на Урале и в Сибири, где широко применялись гидравлические горные работы, улавливание золота в потоке воды и укладка эфелей (См. Эфель) в отвалы. Разработка золотосодержащих песков струей воды под давлением проводилась за счёт воды, зарегулированной в верховьях долин и подаваемой в забои по деревянным и металлическим трубам. Трудами русских учёных (П. П. Мельников в 40-х гг. 19 в., И. А. Тиме в конце 19 в. и др.) были установлены теоретические основы гидромониторной разработки и гидротранспорта горных пород. Развитию Г. в России способствовало также создание акционерного товарищества «Гидротехник» (1874), которое выполняло дноуглубительные работы. Подводная добыча торфа была предложена в 1916. Первые опыты по подземной гидравлической отбойке угля проведены на шахте «София» в Макеевке (1915). В СССР развитие Г. в горном деле началось после успешной разработки озокерита, организованной Н. Д. Холиным в 1928 на о. Челекен в Каспийском море с применением землесоса (после этого гидравлический способ производства работ стал называться Г.). Затем Г. была успешно использована на строительстве Днепрогэса (1929). В 1935--36 на строительстве канала им. Москвы было смонтировано 95 гидромеханизированных установок, которые разработали свыше 10,5 млн. м³ грунта. В этот период были созданы первые отечественные грунтовые насосы (землесосы), электрические земснаряды, разработаны технология гидравлической выемки и обогащения песка и гравия с большим содержанием валунов, методы возведения намывных плотин. Во время Великой Отечественной войны Г. получила широкое развитие для производства вскрышных работ на угольных разрезах Урала. Позднее этот опыт был распространён на Кузнецкий и Канско-Ачинский угольные бассейны. В угольной промышленности объёмы Г. на вскрышных работах составляли до 6--7% с высокими технико-экономическими показателями.

В послевоенные годы Г. были выполнены значительные объёмы работ в гидротехническом строительстве (на восстановлении Беломорско-Балтийского канала 40% общего объёма земляных работ, строительстве Цимлянской ГЭС -- 50%, Горьковской и Куйбышевской ГЭС -- соответственно 81% и 70%; гидравлическим способом в 1945--1954 была возведена Мингечаурская плотина, в тело которой было намыто 14 млн. м³ грунта).

В СССР созданы научные основы технологии Г. горных работ (Н. Д. Холин, Н. В. Мельников, Г. А. Нурок) и теории гидромониторных струй (Г. А. Абрамович, Г. Н. Роер, Г. М. Никонов, Н. П. Гавырин и др.), разработаны технологические схемы Г. на приисках (В. А. Флоров, С. М. Шорохов, Г. М. Лезгинцев, Б. Э. Фридман и др.), на железорудных карьерах и в гидротехническом строительстве (С. Б. Фогельсон, Н. А. Лопатин, Б. М. Шкундин и др.), при гидромелиоративных работах (А. М. Царевский и др.), при ж.-д. строительстве (Н. П. Дьяков и др.), при подземной добыче угля (В. С. Мучник и др.).

2. Основные технологические процессы

Основные технологические процессы Г. включают: разрушение массивов горных пород (Гидромониторами, землесосными снарядами (См. Землесосный снаряд) или безнапорными потоками воды), напорный или безнапорный Гидравлический транспорт, отвалообразование (см. Гидроотвал), намыв земляных сооружений (дамб, плотин и др.), обогащение полезных ископаемых. Водоснабжение гидроустановок осуществляется из рек или озёр без создания водохранилищ (прямое водоснабжение) или при помощи накопления воды в водохранилищах.

Г. осуществляется с применением гидромониторов (в основном на карьерах) с самотёчным, напорным (рис. 1) или самотечно-напорным транспортированием гидросмеси (См. Гидросмесь) и землесосных снарядов (при вскрытии карьеров и в гидротехническом строительстве). Гидравлическая добыча полезных ископаемых производится при последующем мокром обогащении (с применением гидроклассификаторов, моечных желобов, обогатительных шлюзов, магнитных сепараторов, гидроциклонов, дуговых сит и др.). Благодаря применению Г. обеспечивается поточность технологических процессов, сокращаются капитальные затраты и сроки строительства объектов (по сравнению с «сухим» экскаваторным способом). Возможна полная автоматизация производственных процессов. Однако эффективное применение Г. ограничено климатическими условиями (заморозки в зимнее время), свойствами горных пород в массивах (крепкие, трудноразмываемые породы значительно снижают производительность гидроустановок), наличием водных ресурсов и др.

Совершенствование Г. осуществляется путём создания мощного износоустойчивого оборудования для гидротранспорта производительностью 10--15 тыс. м³ породы в час, конструирования машин для механической выемки и дробления трудно размываемых горных пород с целью их гидравлического транспортирования, разработки новых методов отвалообразования, позволяющих уменьшить площади гидравлических отвалов.

Г. широко применяется в народном хозяйстве, главным образом в строительстве -- производство земляных работ для намыва плотин, дамб, насыпей, проходки каналов (рис. 2), выемка грунта из котлованов, траншей, дноуглубительные работы и в горном деле: вскрышные работы, добыча полезных ископаемых на карьерах, со дна морей и океанов (см. Подводная добыча), в шахтах, гидротранспорт горных пород на большие расстояния (иногда несколько сотен км). Эффективно применяется Г. при выполнении относительно небольших объёмов работ в др. отраслях -- сельском хозяйстве (очистка ирригационных каналов; добыча и намыв удобрительных илов из озёр; подача под напором жидких удобрений в зону корневой системы растений); в рыбной промышленности (для выгрузки рыбы из сетей и шаланд, транспортирование рыбы по трубам или желобам на рыбные заводы); на тепловых электростанциях (для гидротранспорта золы и шлака); в мостостроении (для выемки грунта из кессонов и котлованов).

Рисунок 1. Схема открытой гидродобычи угля на Батуринском угольном карьере: 1 -- экскаватор; 2 -- навал угля и породы; 3 -- гидромонитор; 4 -- землесос; 5 -- сито; 6 -- зумпф отходов; 7 -- зумпф сгущения; 8 -- обезвоживающий элеватор; 9 -- моечные желоба; 10 -- обезвоживающие грохоты; 11 -- конвейер для подачи угля на склад.

Рисунок 2. Сооружение ирригационного канала способом гидромеханизации.

3. Технологический процесс гидромеханизации

Технологический процесс гидромеханизации включает: размыв грунта в забое, транспортирование образовавшейся смеси грунта с водой - пульпы - к месту укладки - намыва и укладку грунта в результате оседания его частиц из пульпы на участке устройства насыпи.

Для разработки грунта в забое используют гидромониторные установки. Они состоят из гидромониторов и системы водоводов, подающих воду от насосной станции.

Гидромонитор состоит из стального ствола, имеющего шарнирное соединение с водоводом, что позволяет изменять положение ствола в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рис.3).

Рисунок 3. Схема разработки грунта гидромонитором: а - встречный забой; б - попутный забой; в - схема гидромонитора; 1 - водовод; 2 - гидроцилиндры управления; 3, 4 - шарнирное сочленение ствола с водоводом; 5 - рычаг; 6 - насадка ствола; 7 - ствол

В гидромониторе формируется струя воды большой кинетической энергии, размывающая грунт в забое. Образующаяся пульпа стекает по подошве забоя в сборный колодец-зумпф или в сборные канавы.

Разработка грунта может производиться встречным забоем, когда гидромонитор располагается на подошве забоя и размыв идет снизу вверх, или попутным забоем с размещением гидромонитора над забоем и размывом грунта сверху вниз. Чаще применяют встречный забой, позволяющий более интенсивно вести размыв.

По мере удаления плоскости размыва от гидромонитора разрушающая сила струи падает и требуется передвижка его на новую позицию, ближе к забою. Чтобы обеспечить эффективный размыв и непрерывное поступление пульпы, в забое размещают как минимум два гидромонитора, попеременно чередуя их работу и передвижку.

В зависимости от вида грунта для размыва и транспортировки его требуется значительный удельный расход воды - от 3,5 до 16 м³ на 1 м³грунта при рабочем, давлении 0,2-0,8 МПа.

Для разработки грунта под водой в реках и водоемах применяются плавучие землесосные снаряды (рис.4). В состав оборудования земснаряда входят грунтозаборное (всасывающее) устройство, землесос, механизмы регулирования режима работы и перемещения.

Рисунок 4. Схема работы земснаряда: 1 - грунтозаборное устройство; 2 - оборудование управления грунтозабором; 3 - землесос; 4 - плавучий пульповод; 5 - береговой пульповод; 6 - зона укладки грунта

Размыв грунта осуществляется потоком воды, всасываемой через грунтозаборное устройство землесосом, который обеспечивает также напорную транспортировку образующейся пульпы. Для интенсификации разработки грунтозаборное устройство может иметь механический или вибрационный рыхлитель грунта. От земснаряда до берега монтируется плавучий пульповод на понтонах. Дальнейшая транспортировка и укладка пульпы происходит так же, как при гидромониторной разработке.

В зависимости от условий производства работ транспортировка пульпы может быть самотечной и напорной. При достаточном перепаде высот между забоем и участком намыва транспортировка пульпы возможна под действием гравитационных сил самотеком по лоткам и трубам. Этот способ имеет ограниченное применение.

При напорной транспортировке пульпа из зумпфа в забое перекачивается землесосом по пульповоду к месту намыва.

Землесос - центробежный насос, конструкция которого позволяет перекачивать жидкую массу с твердыми включениями диаметром до 300 мм. Создаваемый землесосом напор обеспечивает трубопроводную транспортировку пульпы на значительные расстояния.

Пульповоды, так же как и водоводы, монтируются к гидромониторам в основном из инвентарных труб с быстроразъемными соединениями, что позволяет оперативно изменять длину трубопроводов при минимальных трудозатратах.

Укладка (намыв) грунта происходит в результате оседания частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее становится ниже критической величины. Используя бульдозеры, площадь намыва ограждают по периметру грунтовыми валками, создавая так называемую "карту намыва", и заполняют ее пульпой. Скорость движения пульпы в карте падает практически до нуля, грунт осаждается, осветленная вода через водосборные колодцы, предварительно устроенные в карте, сбрасывается за пределы участка намыва.

4. Безэстакадный и эстакадный способы намыва

Различают безэстакадный и эстакадный способы намыва (рис. 5).

Рисунок 5. Схемы намыва грунта: а - безэстакадным способом; б - эстакадным способом; 1 - водоотводные трубы; 2 - обвалование; 3 - водосборный колодец; 4 - магистральный пульповод

При безэстакадном способе у подошвы возводимой насыпи с одной или двух сторон укладывают пульповоды с наклонными патрубками, через которые пульпа поступает в карту намыва. По мере возведения насыпи патрубки наращиваются.

При эстакадном способе в зоне намыва сооружается эстакада. По ней на отметке выше проектной отметки возводимой насыпи укладывают магистральный пульповод, имеющий отверстия или патрубки для слива пульпы. Этот способ применяется в основном для возведения насыпей большой ширины, так как он менее экономичен в сравнении с безэстакадным.

Карты намыва устраивают длиной до 200 м. В зависимости от вида грунта и назначения насыпи толщина слоя, намываемого за один прием, составляет 0,5-2,5 м.

Для бесперебойного выполнения намыва должно быть не менее двух карт. Если одна заполняется пульпой, то в другой происходит ее отстой, устраивают обвалование, наращивают патрубки и др. Эти операции попеременно происходят в каждой карте.

Закрытые (подземные) способы производства работ используют при прокладке инженерных коммуникаций и устройстве подземных выработок различного назначения под улицами, дорогами, зданиями, сооружениями и т.д., когда затруднено или невозможно применение открытых способов разработки грунта.

В зависимости от назначения и размеров подземных выработок закрытым способом грунты разрабатывают, а коммуникации прокладывают с помощью щитовой проходки, продавливания, прокола, вибропрокола, пневмопробойников, горизонтального бурения и др.

Щитовая проходка применяется для устройства выработок глубокого заложения диаметром 2 м и более при значительной их протяженности. Разработка грунта ведется под защитой проходческого щита, состоящего из рабочего, домкратного и хвостового отсеков. Выработку крепят сборной или монолитной бетонной обделкой. По мере разработки грунта щит продвигается с помощью домкратов, опирающихся на обделку. Способ щитовой проходки используется в основном для прокладки коммунальных и транспортных тоннелей. Способ продавливания применяется при бестраншейной прокладке труб диаметром 600-1800 мм на расстояние до 70 м и железобетонной обделке коллекторов диаметром до 3 м (рис. 6). Первая секция продавливаемой трубы снабжается режущим наконечником (ножом) и с помощью домкратов внедряется в переднюю стенку котлована. Грунт из трубы извлекают различными способами. По мере продвижения трубы между домкратами и ее торцом вставляются нажимные патрубки длиной, кратной шагу домкратов. После продавливания первого звена стыкуют с ним следующее звено и операции повторяют до завершения проходки на требуемую длину.

Рисунок 6. Схемы закрытых способов прокладки трубопроводов: а - способом продавливания; б - способом прокола; 1 - упорный щит; 2 - гидравлический домкрат; 3 - нажимный фланец; 4 - нажимный патрубок; 5 - направляющее устройство; 6 - труба; 7 - нож; 8 - наконечник трубы; 9 - шомпол

Прокол используют для прокладки трубопроводов диаметром до 400 мм на длину до 60 м.

Вдавливание трубы в грунт происходит под давлением гидравлических домкратов, усилие от которых передается трубе через шомпол с переставным штоком. На первом звене трубы устанавливают закрытый конический наконечник диаметром на 20-30 мм больше диаметра трубы. Прокол ведут циклично, продвигая трубу, уложенную в направляющие, за каждый цикл на величину рабочего хода домкрата. Труба наращивается по мере вдавливания.

Вибропрокол применяют в песчаных грунтах. Сущность его состоит в том, что вибрация от прокалываемой трубы, снабженной вибратором, передается частицам прилегающего грунта и в результате существенно уменьшается сила трения.

Пневмопробойники используют для устройства горизонтальных скважин диаметром от 140 до 300 мм (с расширителем) на длину до 50 м при высокой скорости проходки-до 80 м/ч. В пневмопробойник, имеющий реверсивный механизм ударного действия, подается сжатый воздух с давлением 0,6 МПа. Под воздействием направленных ударов корпус пробойника уплотняет грунт, продвигается вперед, оставляя за собой круглую скважину с плотными стенками.

Горизонтальное бурение применяют для прокладки труб диаметром до 600 мм на расстояние до 40 м и производят станками горизонтального бурения.

При устройстве проходок мелкого заложения (продавливание, прокол и т.д.) предварительно отрывают котлован в начале участка проходки и траншею - в конце. В котловане размещают технические средства, необходимые для бестраншейной прокладки коммуникаций (домкраты, направляющие и нажимные приспособления и др.).

Используемые источники

1. Царевский А. М., Гидромеханизация мелиоративных работ, М., 1963;

2. Шорохов С. М., Разработка россыпных месторождений и основы проектирования, М., 1963;

3. Шкундин Б. М., Землесосные снаряды, М., 1968;

4. Нурок Г. А., Гидромеханизация открытых разработок, М., 1970.

Размещено на Allbest.ru