CC BY
36
------------------------------- © В.С. Литвинцев, А.М. Пуляевский,
2007
УДК 622.271.53:622.271.64
В. С. Литвинцев, А.М. Пуляевский
АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВСАСЫВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЗЕМСНАРЯДОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Одно из эффективных направлений решения проблем развития россыпной золотодобычи состоит во внедрении подводного способа разработки на основе земснарядной технологии, требующей модернизации и научного обоснования отдельных технологических операций, в первую очередь, процессов подъема с плотика крупных фракций ценного компонента.
Земснаряды имеют определенные преимущества перед черпа-ковыми драгами: они легко транспортируются, меньше загрязняют водоем, требуют меньше капиталовложений, имеют небольшую металлоемкость, обслуживаются небольшим количеством персонала, могут работать автономно от обогатительной установки, что позволяет принципиально улучшить процесс обогащения и извлечения не только основного россыпеобразующего минерала, но и других сопутствующих ценных компонентов. Однако крупные землесосные драги с рыхлительным органом не нашли широкого применения на разработке россыпей золота, поскольку при предварительном разрыхлении песков часть крупного золота осаждается на дне разреза.
В последние годы более широко стали использоваться землесосные драги небольшой производительности. Как правило, такие устройства состоят из двух понтонов - на одном установлена землесосная установка, а на другом - обогатительное оборудование. Применяются такие землесосные драги для геолого-разведочных работ и добычи золота из россыпей небольших рек и ручьев. Производительность их от 2 до 15 м3/ч и более в зависимости от мощности насосной установки. Для разработки техногенных месторождений земснаряды широко не использовались, однако выполнен-
ные нами исследования показывают, что их применение для этих целей может быть достаточно эффективным.
Эксперименты по изучению возможности полного извлечения на поверхность свободных частиц золота совместно с минеральной горной массой методом всасывания проводились в МГРИ им. С. Орджоникидзе [1]. В результате авторы пришли к заключению, что для полного извлечения на поверхность частиц минералов, свободно размещающихся во вмещающей толще песков, необходимо на плотике развивать высокие (более 10 м/с) скорости всасывания, которые невозможно получить при использовании стандартного землесосного оборудования. Тем самым вопрос о целесообразности использования земснарядов для разработки россыпных месторождений тяжелых металлов был поставлен под сомнение.
Однако, теоретические работы, выполненные в ИГД ДВО РАН [2, 3], показали, что для подъема частиц с плотностью золота или близкой к ней требуются гораздо меньшие (порядка 2 - 4 м/с) скорости. Практически такие же значения скоростей были получены в опытах, проведенных позднее в Уральской государственной горногеологической академии [4]. Эксперименты, ИГД ДВО РАН, и теоретический анализ кинематической структуры течения в окрестности всасывающего наконечника [5], позволили объяснить результаты опытов сотрудников МГРИ и выявить причины неудовлетворительного подъема тяжелых частиц методом всасывания. Было установлено, что высокая интенсивность размыва наблюдается тогда, когда входное сечение всасывающего патрубка располагается вблизи поверхности забоя (практически лежит на ней), но быстро убывает при удалении этой поверхности от входного сечения. Такой же вывод следовал и из экспериментальных работ, выполненных ранее при перекачивании сыпучих строительных материалов [6], и из цитированной работы [1]. При неподвижной позиции всасывающего патрубка расстояние между ним и поверхностью быстро возрастает за счет образования воронки размыва, и так же быстро падает размывающая и подъемная способность потока. Это приводит к тому, что вначале перестают подниматься частицы большой плотности, а с течением времени - и частицы вмещающей породы. Для поддержания процесса размыва и всасывания тяжелых частиц на входе во всасывающий наконечник необходимо развивать скорости не менее 10 м/с, что обеспечить использованием стандартного землесосного оборудования невозможно. В принци-
пе, получить непрерывность всасывания твердого материала можно за счет постоянного приближения входного сечения всасывающего патрубка к поверхности забоя, но сделать это с палубы земснаряда невозможно из-за обычно высокой мутности и непрозрачности воды. Кроме того, при самой аккуратной работе по перемещению всасывающего патрубка между воронками размыва не избежать пропусков, в которых могут оставаться частицы ценного компонента, которые, в свою очередь, будут определять его потери еще на стадии разработки забоя.
Изложенные соображения, с одной стороны, свидетельствуют о принципиальной возможности применения земснарядной технологии для разработки россыпных месторождений минералов большой плотности, но, с другой стороны, обнаруживают невозможность эффективного, без больших потерь, применения технологии, эффективно применяющейся на добыче нерудных материалов.
Для преодоления этих противоречий в ИГД ДВО РАН и Тихоокеанском госуниверситете был разработан целый ряд конструкций всасывающих устройств земснарядов.
Первая из этих конструкций представляла плоский кольцевой экран, устанавливаемый на всасывающий патрубок на уровне его входного сечения [7]. Положительный эффект достигается благодаря отсечению области пространства с водой, находящейся выше этого экрана, и исключения его из процесса всасывания. При этом возрастают скорости под экраном и на поверхности забоя, что повышает размывающую способность потока.
С помощью следующей конструкции [8] на забое формировалось вертикальное течение воды, направленное вверх, вследствие чего размывающая способность потока становилась на порядок выше, чем при эрозионном размыве, характерном для предыдущей конструкции. Всасывающие устройства [9, 10] допускают регулирование площади щелей, через которые происходит всасывание гидросмеси, благодаря чему на забое можно получать очень высокие скорости, обеспечивающие уверенное всасывание частиц с большой плотностью. Для обеспечения наибольшей равномерности проработки забоя и, как следствие, наименьших потерь ценного компонента на стадии разработки россыпи создана конструкция поворотного всасывающего устройства [11]. Повышение эффективности подъема частиц из неровностей и западин плотика может достигаться применением всасывающего устройства, в котором эк-
ран снабжен юбкой, выполненной из эластичного упругого износостойкого материала [12]. Наиболее совершенно с гидравлической точки зрения всасывающее устройство [13], в котором каждая щель соединена с всасывающим патрубком герметичным каналом переменной формы поперечного сечения, что обеспечивает наименьшие потери давления во всасывающем тракте.
Применение рассмотренных всасывающих устройств земснаряда делает возможным добиваться высоких скоростей всасывания при использовании стандартного насосного оборудования и тем самым обеспечивать устойчивый процесс всасывания частиц ценного минерала высокой плотности, равномерность и однородность проработки забоя. При подъеме горной массы и транспортировании ее по всасывающему и напорному трубопроводам происходит дезинтеграция частиц, чем создаются более благоприятные условия для классификации исходного материала и обогащения промпро-дукта.
Использование экранных устройств решает еще одну важную технологическую задачу. Поскольку каждая щель экрана может иметь в поперечнике небольшую (заданную) ширину, в технологический процесс не будут вовлекаться крупные фракции вмещающих пород. За счет этого снижаются энергозатраты на выемку горной массы, упрощается классификация фракций и возрастает общий КПД процесса. Однако эти выводы будут справедливы только при условии, если содержание фракций горной массы крупностью, превышающей ширину щели всасывающего щелевого экрана, будет составлять не более 10-20 %.
Большая часть разработанных нами всасывающих устройств были испытаны в лабораторных и полупромышленных условиях и показали достаточно хорошие технические характеристики [14, 15].
Учитывая значительные организационные и финансовые трудности при внедрении разработанных экранных всасывающих устройств на типовых земснарядах среднего класса, которые по производительности могут составлять реальную конкуренцию драгам при разработке россыпей, наиболее целесообразно их применение на мини-земснарядах при выполнении геологоразведочных и добычных работ при освоении техногенных россыпей, сформированных при разработке природных россыпей открытым раздельным способом.
На драгах применение экранных всасывающих устройств может быть достаточно эффективно при выполнении зачистки плотика.
---------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лобанов Д.П., Фонберштейн Е.Г., Лешков В.Г. О целесообразности промышленного применения гидравлических драг при разработке россыпей тяжелых металлов // Цветная металлургия. - 1969. - № 16. - С.6 - 10.
2. Корнеева С.И., Пуляевский А.М., Литвинцев В.С. Размывающая способность струи при подводной разработке забоя земснарядом // Известия вузов, Горный журнал. - 1999. - № 1 - 2. - С.51 - 54.
3. Корнеева С.И., Литвинцев В.С., Пуляевский А.М. Теория процессов выемки продуктивной горной массы россыпных месторождений земснарядами // Доклады международного совещания "Научные и практические аспекты добычи цветных и благородных металлов". Т. II. - Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 2000. - С. 246-258.
4. Симакова Е.М. Обоснование параметров роторно-землесосной технологии разработки техногенных россыпей и отложений: Автореф. дисс... канд. техн. наук. - Екатеринбург, 2000.
5. Корнеева С.И., Мамаев Ю.А., Пуляевский А.М., Литвинцев В.С. О движении жидкости над горизонтальной плоскостью под действием всасывающего патрубка //Добыча золота. Проблемы и перспективы: Сб. научн. тр. - Т. III. - Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 1997. - С. 470 - 480.
6. Юфин А.П. Гидромеханизация. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1965. - 377 с.
7. Мамаев Ю.А. и др. Всасывающее устройство земснаряда: Патент РФ на изобретение № 2165499. Опубл. 20.04.2001. Бюл. № 11.
8. Мамаев Ю.А. и др. Всасывающее устройство земснаряда: Патент РФ на изобретение № 2148692. Опубл. 10.05.2000. Бюл. № 13.
9. Корнеева С.И., Пуляевский А.М. Всасывающее устройство земснаряда:
Патент РФ на изобретение № 2162124. Опубл. 20.01.2001. Бюл. № 2.
10. Пуляевский А.М., Корнеева С.И., Литвинцев В.С. Регулируемое всасывающее устройство земснаряда: Патент РФ на изобретение № 2182949. Опубл. 27.05.2002. Бюл. № 15.
11. Пуляевский А.М. и др. Поворотное всасывающее устройство земснаряда: Патент РФ на изобретение № 2208096. Опубл. 10.07.2003. Бюл. № 19.
12. Пуляевский А.М., Пономарчук Г.П. и др. Зачистное всасывающее устройство земснаряда: Патент РФ на изобретение № 2221114. Опубл. 10.01.2004. Бюл. № 1.
13. Пуляевский А.М.и др. Всасывающее устройство земснаряда. Патент РФ на изобретение № 2246593. Опубл. 20.02.2005. Бюл. № 5.
14. Пуляевский А.М. Экспериментальные исследования процесса подводной разработки россыпного месторождения тяжелых минералов методом всасывания //Горный информационно-аналитический бюллетень. Региональное приложение: Дальний Восток. - М.: МГГУ, 2005. С. 457-467.
15. Мамаев Ю.А., Литвинцев В.С. и др. Научное обоснование развития традиционных и создание новых технологических процессов освоения россыпных месторождений //Отчет о НИР ИГД ДВО РАН. - Хабаровск, 2006. - 235 с. ГР 3 01.02.00108181.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------
Литвинцев В.С. - доктор технических наук, доцент, зам. директора института, зав. лабораторией проблем освоения россыпных месторождений, Институт горного дела ДВО РАН,
Пуляевский А.М. - кандидат технических наук, доцент, Тихоокеанский государственный университет.
