CC BY
28
М.Д. Горшков, Вал. В. Сенкус, А.Л. Мансуров, В.В. Сенкус
ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ И МЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Представлены разработанные гидравлический и механогидрав-лический способы рекультивации нарушенных земель, а так же комплексы для их реализации. При гидравлическом способе предусматривается смыв горной массы из внешних отвалов разрезов и транспортировка ее самотеком в открытые горные выработки, борта разрезов выполаживаются струей гидромонитора. При ме-хано-гидравлической рекультивации нарушенных земель заило-вание горных выработок производят с использованием напорного гидротранспорта и технических средств подготовки горной массы. Ключевые слова: рекультивация, открытые выработки, гидравлическая, механо-гидравлическая, гидротраспорт, закладка.
В современных условиях основным направлением повышения эффективности функционирования горнотехнической системы, а следовательно и в целом освоения недр, является создание технологических схем освоения месторождений, которые основаны на принципах рационального сочетания технологических процессов различных способов разработки и для наиболее эффективного функционирования горнотехнической системы производится оптимизация области (границ) экономически выгодного использования каждого способа на месторождении и обеспечиваются благоприятные условия для перехода от одной технологии к другой или совместного функционирования различных технологий. Рациональное сочетание во времени и в пространстве различных способов добычи угля обеспечивается применением комбинированной разработки месторождений.
В настоящее время при разработке месторождений открытым способом не уделяют должного внимания рекультивации нарушенных земель, что ведет к выбытию из оборота земель на многие десятки лет.
В настоящей работе предлагается ипользовать гидравлический и механогидравлический способы для технической ре-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 4. С. 131-139. © 2016. М.Д. Горшков, Вал. В. Сенкус, А.Л. Мансуров, В.В. Сенкус.
УДК 622.882: 622.271.6
культивации земель открытых горных выработок, интегрированные в технологию добычи полезного ископаемого.
При разработке месторождений открытым способом вскрышные породы на первом этапе располагаю на бортах разреза, а затем размещают на внутренних отвалах. Для шахтного притока на дне разреза формируют отстойник с водоотливом, чтобы не допустить затопления добычных забоев.
Гидравлический и механогидравлический способы для технической рекультивации земель открытых горных выработок достаточно просто вписываются в инфраструктуру открытых работ, если внутренние отвалы разделить фильтруюшими дамбами с организованными переливами при их переполнении, а карты заполнять пульпой, формируемой и подаваемой из отвалов на бортах разреза.
Технологическая схема гидравлического способа рекультивации земель представлена на рис. 1—3.
Предлагаемый способ рассматривается на примере рекуль-тиваци земной поверхности ранее отработанного старого выемочного участка разреза. на котором, после извлечения угольного пласта.
Открытые горные выработки 2 пройденны в наносах 3, коренные породы 4 образуют внешний отвал 5 из сыпучего материала различных частей горного массива и водоем 6.
Способ реализуется за счет перемещения сыпучего материала из внешнего отвала 5 в открытые горные выработки 2 с использованием воды находящейся в отстойнике 6.
В технологическую схему гидравлической рекультивации земли входит комплекс основного оборудования, включающий гид-
' - направление снижения пупьпы (смеси)
Рис. 1. Общая технологическая схема гидравлической рекультивации земель
»
"V
3
4
Рис. 2.
ромонитор 7, трубопровод технической воды 8 и насос 9. Запуск технологической схемы в работу производится за счет подачи воды насосом 9 из водоема 6 по трубопроводу 8 к гидромонитору 7, в котором формируется струя воды 10 как исполнительный инструмент для дистанционного смыва сыпучего материала 5.
Гидравлическая рекультивация земной поверхности производится в следующей последовательности. Сначала производится гидравлическое разрушение наносов 3 струей воды 10 на участке земли межд наклонным бортом открытой горной выработки 2 и основанием естественного откоса внешнего отвала 5 (между точками Б-0). На конечной стадии разрушения наносов 3 формируется уклон почвы для безнапорного гидротранспорта пульпы в направлении рекультивируемых открытых горных выработок 2. Затем струей воды 10 производится вруб 12 основания откоса внешнего отвала 5 (между точками 0—0 для увеличения производительности смыва за счет смещения по откосу частей 13 отвала 5 под собственным весом). Врубы 12 производятся на границе наносов 3 и сыпучего материала отвала 5.
По мере проведения каждого вруба 12 (между точками 0—01, 01—02, 02—03 и т.д) и смыва частей 13 сыпучего материала 5. Пульпа в виде смеси твердого и жидкого транспортируется в водоем 6 по склону почвы и наклонным бортам открытых горных выработок 2. В водоеме 6 происходит осаждение твердого и осветление воды в замкнутом цикле водоснабжения.
Работы по рекультивации производятся до полного перемещения сыпучего материала из внешнего отвала 5 в открытые горные выработки 2 в зоне ограниченной рабочей длиной струи 10 гидромонитора 7, требующей его цикличного переноса, и рабочим уклоном почвы для безнапорного гидротранспорта пульпы в зависимости от крупности сыпучего материала.
Рис. 3.
Технологическая схема механогидравлического способа рекультивации земель и комплеса реализующего его представлены на рис. 4—5.
Способ механогидравлической рекультивации земель вкючает выемку и подготовку песчаных и супесчаных пород с использованием экскаваторов, земснарядов или драг, пульпоформиро-вание и транспортировку гидросмеси в отвал, гидравлическую укладку с использованием эстакадного и без эстакадного способа намыва пород [5].
Подготовку карт 1 проводят на дне 2 открытой горной выработки 3 отсыпкой фильтрующих дамб 4, на которых монтируют водосбросы, защищенные от плавающих предметов, при этом дамбы возводят каскадом с уклоном а = 5—6° в сторону карты отстойника 5; карту отстойника 5 для воды располагают в глубокой части открытой горной выработки 3, в который направляют ливневые, талые и дренажные воды; подготовку горной массы проводят последовательными операциями: выемку горной массы из отвала 6, отделения негабаритов, их разбивку и погрузку горной массы 7, дробление горной массы 8до размеров, пригодных для гидравлического транспортирования (размеры кусков указываются в техническом паспорте выбранного шламового насоса или углесоса); пульпоформирование в смесителе 9 проводят путем смешивания подготовленной горной массы с водой в консистенции Т:Ж 1:3—1:5, при этом воду используют в замкнутом цикле; пульпу закачивают по распределенным пульпосбросам 10 в карты 1 последовательно от верхней к нижней; намывку горных пород в картах 2 ведут до заданной отметки и последнею очередь заполняют карту отстойника 5; очистку воды проводят фильтрацией через тело дамб 4 и переливом воды через водосбросы при переполнении
Рис. 4. Способ механогидравлической рекультивации земель: 1 — карта; 2 — дно открытой горной выработки; 3 — открытая горная выработка; 4 — фильтрующая дамба; 5 — карта отстойника; 6 — отвал; 7 — отделение, разбивка негабаритов и погрузка горной массы; 8 — дробление горной массы; 9 — пульпоформирование в смесителе; 10 — распределенный пуль-посброс; 11 — подача воды по трубопроводу; 12 — погрузочная машина
карт; подачу воды по трубопроводу 11 на пульпоформирование в смесителе 9 производят из карты отстойника 5 по отдельному трубопроводу; выполаживание бортов открытой горной выработки ведут с учетом защиты их от водной эрозии и направления рекультивации нарушенных земель.
Комплекс механогидравлической рекультивации нарушенных земель включает машины, механизмы и устройства, обеспечивает подготовку карт для приема пульпы; отстойника для приема воды, подготовку горной массы из внешних и/или внутренних отвалов, пульпоформирование, транспортировку пульпы в карты, намывку пород в картах, очистку воды; подачу воды на
пульпоформирование и выполаживание бортов открытой горной выемки и объединены в единый технологический процесс с замкнутым циклом водоснабжения, включает самоходные машины и модульные механизмы и устройства, смонтированные на перемещаемых платформах, а так же секционные трубопроводы с быстроразъемными соединениями для удобства монтажа и демонтажа оборудования, разнесенное в пространстве и во времени.
Подготовку карт проводят самоходными машинами на дне открытой горной выработки 1 путем отсыпки и уплотнения фильтрующих дамб 2 с монтажом на них водосбросов 3, закрытых от попадания плавающих предметов защитными решетками 4 или перемычками с доступом воды снизу, при этом отстойник для воды делят фильтрующей дамбой с водосбросом, в теле которой оставляют каналы на различных уровнях для перетока воды, на большую карту 6 отстойника, в которую направляют по сточным канавам на уступах 7 открытой горной
Рис. 5. Комплекс рекультивации нарушенных земель: 1 — открытая горная выработка; 2 — фильтрующая дамба; 3 — водосброс; 4 — защитная решетка или перемычка с доступом воды снизу; 5 — отстойник для воды; 6 — большая карта отстойника; 7 — уступ открытой горной выемки; 8 — малая карта отстойника; 9 — понтон; 10 — шламовый насос; 11 — трубопровод; 12 — наклонная защитная решетка; 13 — валковая дробилка; 14 — скребковый конвейер; 15 — щековая дробилка; 16 — смеситель; 17 — углесос или шламовый насос; 18 — пульповод; 19 — распределенный пульпосброс; 20 — устройство поворота потока струи; 21 — отвал; 22 — погрузочная машина
выработки ливневые, талые и дренажные воды, и малую карту отстойника — зумпф 8, куда размешают на плавающем понтоне 9 шламовый насос 10 для подачи воды на пульпоформирование в смеситель 16 по трубопроводу 11 или закрытый защитной решеткой всас шламового насоса 10, размещенного на уступе 7 открытой горной выработки; подготовка сыпучей горной массы в едином технологическом процессе разбита на стадии: выемки, отделения негабаритов, их дробления и погрузки горной массы, который проводят машинами и механизмами, при этом отделение негабаритов производят при выемке горной массы из отвалов ковшом погрузочной машины и на наклонной защитной решетке 12 валковой дробилки 13, которая одновременно производит перепуск кусков горной массы по размерам пригодным для гидротранспорта на конвейер 14, дробление зубками валковой дробилки и перепуск кусков слабых горных пород на конвейер 14, отделение и перепуск кусков прочных горных пород, зубками установленными по спиральной линии, в щеко-вую дробилку 15, где производят их дробление до размеров пригодных для гидротранспорта и перепуск их на конвейер 14 для доставки на пульпоформирование в смеситель 16, снабженным механическими или гидравлическими устройствами перемешивания; пульпоформирование осуществляют путем смешивания подготовленной горной массы с водой в соотношении 1:3—1:5 в смесителе 16, установленному под углом 5—6°, направленному в сторону углесоса или шламового насоса 17, где перемешивание горной массы проводят механически или гидравлически; напорную гидротранспорт пульпы производят углесосом или шламовым насосом 17по пульповоду 18, имеющим распределенные по картам пульпосбросы 19 с запорной арматурой и устройства поворота струи потока 20 на 90°, которые монтируют на уступах открытой горной выработки 7 и/или дамбах карт 2, при этом пульпосбросы и водосбросы располагают в диаметрально противоположных углах карт; намыв пород в картах производят последовательно от дальней к ближней карте отстойника, при этом воду фильтруют через тело дамб 2, а ее излишек очищают каскадным переливом через водосбросы 3 в соседние карты большую и малую карты 8 отстойника 5, при этом размеры малой карты 8 регламентируют размерами плавающего понтона или объемом зумпфа равному 3—5 кратной часовой производительности шламового насоса подачи воды на пульпоформи-рование; выполаживание бортов открытой горной выработки 1 производят после заполнения всех карт механизированным и/
или гидравлическим способом с учетом защиты их от водной эрозии и направления рекультивации нарушенных земель, при этом определяют показатель восстановления гидрологического режима подземных вод, если он не удовлетворяет условию полного поглощения ливневых, талых, сточных и дренажных вод, то впадину рекультивированной поверхности оснащают водосбросом излишков воды во внешние водоемы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пашкевич М. А., Смирнов Ю. Д., Петрова Т.А. и др. Патент РФ № 2444628. Способ восстановления нарушенных земель при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. МПК Е21С41/32 (2006.01) Патентообл. Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В Плеханова (технический университет). Заявл. 09.08.2010. Опубл. 10.03.2012.
2. Тальгамер Б. Л., Коробкова Е. А. Патент РФ № 2433268. Способ рекультивации карьеров (Варианты). МПК Е21С41/32 (2006.01). Патентообл. Иркутский государственный технический университет. Заявл. 12.04.2010. Опубл. 10.11.2011.
3. Лавриненко А. Т. Патент РФ № 2359127. Способ формирования и подготовки внешних отвалов и карьерных выемок для биологической рекультивации. МПК Е21С41/32 (2006.01). Патентообл. Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии СО «Россельхо-закадемии». Заявл. 09.03.2007. Опубл. 20.06.2009.
4. Кононенко А. Е., Гальперин A. M., Зайцев Б. C., Кириченко Ю. В. Патент РФ № 2088760. Способ рекультивации откосов при открытой разработке месторождений. МПК Е21С41/32 (2006.01). Патентообл. Московский государственный горный университет. Заявл. 28.03.1995. Опубл. 27.08.1997.
5. Нурок Г. Л. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. - М.: Недра, 1979. - 549 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Горшков Михаил Дмитриевич1 — кандидат технических наук, технический директор, e-mail: [email protected], Сенкус Валентин Витаутасович — кандидат технических наук, начальник горного отдела ООО «Проектгидроуголь-Н», e-mail: [email protected],
Мансуров Андрей Львович1 — заместитель технического директора, e-mail: [email protected],
Сенкус Витаутас Валентинович1 — доктор технических наук, профессор, заместитель исполнительного директора по науке, e-mail: [email protected], 1 ООО «Сибнииуглеобогащения».
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 4, pp. 131-139. M.D. Gorshkov, Val. V. Senkus, A.L. Mansurov, V.V. Senkus HYDRAULIC AND MECHANICAL-HYDRAULIC RECLAMATION OF OPEN PIT MINES
The article describes the developed methods for hydraulic and mechanical-hydraulic reclamation of disturbed lands as well as the related equipment. The hydraulic reclamation method includes washing-down of rock from external dumps and rock flow by gravity in mined-out void of open pits; pitwalls are to be flattened using giant jets. The mechanical-hydraulic method involves slushing of open pits using pressurized transport and rock preparation equipment.
Key words: reclamation, open pit mines, hydraulic, mechanical-hydraulic, hydrotransport, backfilling.
AUTHORS
Gorschkov M.D}, Candidate of Technical Sciences, Technical Director,
e-mail: [email protected],
Senkus V.V., Candidate of Technical Sciences,
Chief of Mountain Department,
LTD «Proekthidrocool-N», 654001, Novokuznetsk, Russia,
e-mail: [email protected],
Mansurov A.L.1, Deputy of Technical Director,
e-mail: [email protected],
Senkus V.V.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Deputy of Chief Executive on Science, e-mail: [email protected],
1 LTD «Sibniicoolobogaschenie», 653000, Prokopevsk, Russia. REFERENCES
1. Pashkevich M. A., Smirnov Yu. D., Petrova T. A. Patent RU 2444628, 10.03.2012.
2. Tal'gamer B. L., Korobkova E. A. Patent RU2433268, 10.11.2011.
3. Lavrinenko A. T. Patent RU2359127, 20.06.2009.
4. Kononenko A. E., Gal'perin A. M., Zaytsev B. C., Kirichenko Yu. V. Patent RU 2088760, 27.08.1997.
5. Nurok G. L. Protsessy i tekhnologiya gidromekhanizatsii otkrytykh gornykh rabot (Processes and technology of hydromechanization of open mountain works), Moscow, Nedra, 1979, 549 p.
Д
I КОРПУС ГОРНЫХ ИНЖЕНЕРОВ, ЭТО:
4. Особая система аттестации, ранжирования и экспертизы специалистов.
139
UDC 622.882: 622.271.6
