CC BY
6
УДК 622.51
ИССЛЕДОВАНИЕ КАРТИНЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИЛО-ШЛАМОВОЙ ПУЛЬПЫ В УСЛОВИЯХ УЧАСТКОВОГО
ВОДООТЛИВА
Н.П. Овчинников
Изучена картина формирования ило-шламовой пульпы в условиях участкового водоотлива подземного рудника «Удачный». Установлены две основные причины интенсивного заиления водосборников участковой водоотливной установки. Приведены рекомендации по минимизации скорости заиления водосборных горных выработок, внедрение которых позволит более эффективно эксплуатировать насосное оборудование и другую горную технику рудника.
Ключевые слова: кимберлитовый рудник, участковый водоотлив, заиление, пульпа, горная масса, конвейер, скип.
Введение. Практика показывает, что шахтные воды, поступающие в водосборники участкового водоотлива рудника «Удачный», являются сильнозагрязненными жидкостями. На сегодняшний день усредненная концентрация твердых частиц в воде составляет около 21 г/л [1].
Такая высокая степень загрязненности шахтных вод может повлечь за собой интенсивный гидроабразивный износ как насосного оборудования участкового водоотлива, так и главного водоотлива, представленного дорогостоящими отечественными секционными насосами [2 - 5].
Кроме этого, механические примеси, содержащиеся в большом количестве в шахтных водах, приводят к ускоренному заилению водосборников участкового водоотлива рудника [6, 7]. Сейчас периодичность их очистки с привлечением погрузочно-доставочных машин составляет порядка 5 суток [1].
На основании всего вышеизложенного, констатируем, что представляется актуальным разработка технологических решений по снижению количества механических примесей, попадающих в водосборники участкового водоотлива рассматриваемого рудника.
Согласно наблюдениям высокая скорость заиления водосборников участкового водоотлива рудника вызвана систематическим вывалом ило-шламовой пульпы из нижней части скипового ствола в процессе ее очистки погрузочно-доставочной машиной (рис. 1).
Для решения поставленной задачи необходимо, в первую очередь изучить картину формирования ило-шламовой пульпы в стволе.
Рис. 1. Ило-шламовая пульпа, поступающая из скипового ствола
на горизонт «— 650 м»
Основная часть. Установлено, что ключевым источником формирования ило-шламовой пульпы является кимберлитовая руда с горизонта «— 611 м» (место расположения комплекса загрузки скипов (КЗС)), часть которой по трем причинам производственного характера в дальнейшем поступает через скиповой ствол в водосборники участкового водоотлива (рис. 2).
□ 1 П2 ПЗ
Рис. 2. Причины образования ило-шламовой пульпы в условиях участкового водоотлива: 1 — просыпание обводненной руды при перегрузке с питателя на ленточный конвейер; 2 — пролив продуктов заиления и(или) просыпание обводненной руды из короба скипа; 3 — замывка ленты конвейера и(или) оградительных лотков питателя
Рассмотрим вышеназванные причины более подробно.
Причина № 1. Согласно данным рис. 2 в большинстве случаев (72 %) ило-шламовая пульпа формируется в процессе перегрузки добытой кимберлитовой руды с питателя на ленточный конвейер системы КЗС (рис. 3), где ее просыпавшаяся часть в конечном итоге смывается с почвы водой, используемой при орошении алмазоносного сырья. Для минимизации количества просыпывающейся горной массы под питателем были установлены специальные оградительные лотки (см. рис. 3).
Рис. 3. Процесс перегрузки орошаемой руды с питателя на конвейер
Хочется отметить, что в последние несколько лет для орошения вместо технической (водопроводной) воды используются высокоминерализованные шахтные воды (рассолы), поступающие в горные выработки рудника. Это обусловлено тем, что кимберлитовая руда часто имеют отрицательную температуру (табл. 1). Практика свидетельствует, что такой контакт мерзлой горной массы с технической водой периодически приводил к закупориванию водоперепускных скважин в результате их постепенного оледенения. В отличие от технической воды рассолы не так сильно восприимчивы к отрицательным температурам [8].
Таблица 1
Диапазон температур горных пород_
Горизонт Температура рудного и породного массива, °С
от до
«- 380 м» - 4,5 - 2,5
«- 480 м» - 3,5 + 0,45
«- 580 м» - 2,4 + 1
Основная часть просыпей (65.. .70 % от общего количества) образуется на почве горизонта непосредственно в зоне перегрузки руды с питателя на ленту конвейера (рис. 4, а). Горная масса просыпывается на землю как с питателя, так и с оградительных лотков.
Многочисленные наблюдения свидетельствуют, что на почву горной выработки в зоне перегрузки руды также приходится значительная доля (до 80 %) всей пролитой воды, смешавшись с которой, просыпь образует ило-шламовую пульпу (рис. 4, б).
а б
Рис. 4. Основные места формирования просыпи горной массы (а)
и водопритока (б)
Логично, что скорость увлекания водой в скиповой ствол осевших на земле частиц горной массы по всей длине конвейера напрямую зависит от пролитого ее объема на горизонт «- 611 м».
В условиях горизонта «- 611 м» на величину водопритока во многом должно влиять количество поднятой на дневную поверхность добытой горной массы. Однако согласно полученным результатам наблюдений за работой КЗС в 2021 г. (год выхода горного предприятия на проектную мощность) между производительностью рудника «Удачный» и расходом воды на орошение одной тонны руды достаточно тесной взаимосвязи не обнаружено (рис. 5, а). Как видно из рис. 5, б, затрачиваемое количество воды за сутки варьируется в диапазоне 2300. 3100 м3.
а
б
Рис. 5. Динамика изменения расходы воды на орошение тонны руды в зависимости от производительности рудника (а) и затрачиваемого количества воды при орошении за сутки (б)
Установлено, что 2021 г. по сравнению с 2020 г. в среднее значение затрачиваемого количества воды при орошении руды за сутки повысилось на 27 %, при этом рост суточной производительности рудника составил только 15 % (табл. 2). Хочется отметить, что в настоящее время потребляемый объем воды остается прежним, т.е. на уровне 2021 г.
Таблица 2
Средние значения потребляемого объема воды при орошении руды и суточной производительности рудника
Параметр 2020 г. 2021 г.
Затрачиваемое количество воды при орошении руды за сутки 1930 м3 2450 м3
Суточная производительность рудника 9,81 тыс. т/сут 10,89 тыс. т/сут
Такое значительное повышение потребляемого объема воды при орошении руды в 2021 г. объясняется попыткой устранить одну из основных причин простоев подъемных машин скипового ствола рудника, а именно залипания (зависания) горной массы в приемном бункере и(или) скипе. Согласно наблюдениям, потеря руды за время отдельно взя-
того устранения последствий данного вида простоя подъемной машины изменяется в диапазоне 281...415 т (рис. 6).
Рис. 6. Потери руды при простоях подъемных машин из-за залипания
горной массы в системе КЗС
Как видно из рис. 7, повышение потребления воды в 2021 г. способствовало двукратному увеличению периодичности очистки оборудования от налипшей горной массы, в результате чего простои подъемных машин по рассматриваемой причине сократились в 2 раза по сравнению с предыдущим годом их эксплуатации (рис. 8).
а
орошении, м^
б
Рис. 7. Зависимости влияния затрачиваемого объема воды при орошении руды на периодичность очистки оборудования от налипшей горной массы в 2020 г. (а) и 2021 г. (б)
Рис. 8. Причины простоев подъемных машин на гор. «- 611 м» за 2020 г. (а) и 2021 г. (б): 1 - налипание горной массы в бункере и(или) скипе;
2 - отказы электрооборудования и(или) автоматики; 3 - заштыбовка перегрузочной течки ленточного конвейера и(или) питателя; 4 - другие причины; 5 - проскальзывание и(или) повреждение ленты конвейера
Причина № 2. Кроме выдачи обводненной кимберлитовой руды на дневную поверхность, скиповый ствол рудника «Удачный» также используется для выдачи продуктов заиления из водосборников участкового водоотлива [12]. В процессе загрузки скипа (с отклоняющимся кузовом) и при его движении систематически происходит пролив и просыпание части жидкой и твердой фаз содержимого, соответственно, что также способствует формированию значительного объема ило-шламовой пульпы в стволе (см. рис. 2). Такое вынужденное опорожнение подъемного сосуда объясняется низкой эксплуатационной надежностью его донного клапана вследствие ударного воздействия горной массы с частотой до 308 циклов (поднятых скипов) за сутки (рис. 9) [9].
Причина № 3. Ленточные конвейеры, работающие в тяжелых условиях горнодобывающей промышленности, подвержены частым отказам [10, 11]. Практика показывает, что ленте конвейера системы КЗС характерны периодически порывы (до 1 раза в месяц). После возникновения такого рода отказа оперативно выполняется замывка груженной части ленты конвейера горной массой с целью ее очистки и последующего проведения ремонтных работ по восстановлению целостности транспортируемого полотна. Смытая с ленты горная масса в дальнейшем поступает в скиповой ствол, а затем в водосборники участкового водоотлива.
320
180 -1-1-1-1-1-1-1-'
0 2 4 б 8 10 12 14 16
№ наблюдений
Рис. 9. Динамика изменения количества поднятых на дневную поверхность скипов (май 2021 г.) подъемными шахтными машинами (ШПМ): 1 - ШПМ№ 3; 2 - машина ШПМ № 4
Повреждения ленты обусловлены, в первую очередь ее механическим износом (рис. 10). Лента в большинстве случаев изнашивается в результате тесного контакта с металлическими изделиями (анкера, металло-каркасы, штанги), которые несмотря на наличие металлоуловителей, периодически поступают вместе с рудой. Кроме этого, повреждениям ленты могут способствовать ее перегрузы в процессе работы конвейера. Перегрузы в основном наблюдаются в случае остановки конвейера при работающем питателе, который в связи с возникающими неполадками в системе управления иногда не отключается с ним параллельно.
Рис. 10. Изношенная лента конвейера
Практика показывает, что просыпание в небольшом количестве горной массы на почву горизонта «- 611 м» также наблюдается при замывке заградительных лотков питателя.
Обсуждение результатов исследований. Существенно уменьшить объем формируемой ило-шламовой пульпы в скиповом стволе рудника «Удачный» можно добиться следующими двумя способами.
1) Очистка почвы горизонта от просыпавшейся горной массы в зоне перегрузки руды с питателя на конвейер системы КЗС. Хочется отметить, что одним из решений данной задачи может стать разработка механизированного комплекса по сбору просыпанной горной массы.
2) Замена скипа с отклоняющимся кузовом на модель другой конструкции. Однако это потребует значительных финансовых затрат и времени на переоснащение скипового подъема, что представляется невозможным на действующем руднике.
Заключение
1. Изучена картина формирования ило-шламовой пульпы в скиповом стволе рудника «Удачный».
2. Ило-шламовая пульпа в основном формируется из горной массы, просыпанной на почву горизонта «- 611 м» в зоне перегрузки руды с питателя на ленту конвейера, а также пролитой воды, используемой для ее орошения.
3. Одним из возможных путей решения проблемы интенсивного заиливания водосборников участкового водоотлива рудника может стать разработка механизированного комплекса по сбору просыпанной горной массы.
Список литературы
1. Increasing the time between failures of electric submersible pumps for oil production with high content of mechanical impurities / D. Shishlyannikov, V. Zverev, A. Ivanchenko, I. Zvonarev // Applied Sciences. 2021. 12(1). 64. DOI: 10.3390/app12010064.
2. Овчинников Н.П. Влияние ило-шламовой пульпы на эффективность горных машин // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. 2022. Вып. 2. С. 348-356. DOI 10.46689/2218-5194-20222-1-348-356.
3. Долганов А.В. Гидроабразивный износ и экономичность водоотливных установок шахт и рудников // Горный информационно -аналитический бюллетень. 2019. № 5 (специальный выпуск 9). С. 3-8.
4. Erosion wear in impeller of double-suction centrifugal pump due to sediment flow / Z. Shen, R. Li, W. Han, H. Quan // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2020.№ 13(4). P.1131-1142. DOI:10.36884/jafm.13.04.30907.
5. Stan M. On the durability of centrifugal pumps // Fiability and Durability. 2018.№ 1. P.193-198.
6. Овчинников Н.П. Способ борьбы с заиливанием водосборников участковых водоотливных установок кимберлитовых рудников // Записки горного института. 2018. № 231. С. 317-320.
7. Корпачев В.В., Харьков А.В., Березин С.Е. Технология очистки шламоотстойников с использованием погружных насосов // Горная промышленность. 2013. № 1(107). C. 58.
8. Овчинников Н.П. Проблемы эксплуатации электронасосных агрегатов секционного типа на кимберлитовых рудниках АК «АЛРОСА» и пути их решения // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. № 329(6). C. 66-73.
9. Семакин М.С. Шахтные скипы высокой эксплуатационной надежности // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. № 12. С. 145-147.
10. Экспериментальное исследование тяговой способности самоочищающихся барабанов шахтных ленточных конвейеров / В.Ю. Анцев, П.В. Витчук, Н.А. Витчук, Д.С. Федосеев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 9. С. 341-347. DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-341-348.
11. Бибиков П.Я. Очистка конвейерной ленты, взгляд на проблему // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2004. № 3. С. 300-302.
Овчинников Николай Петрович, канд. техн. наук, доц., директор, ovchinnlar1986@,mail.ru, Россия, Якутск, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
RESEARCH OF THE PATTERN OF FORMATION OF SLUDGE-SLURRYPULP IN THE CONDITIONS OF MINING DISTRICT DRAINAGE SYSTEM
N.P. Ovchinnikov
The picture of the formation of sludge-slurry pulp in the conditions of the district drainage of the «Udachny» mine has been researched. Two main reasons for the intensive siltation of the water catchments of the district drainage system have been established. Recommendations for minimizing the siltation rate of drainage mine workings are given.
Key words: kimberlite mine, district drainage, silting, pulp, rock mass, conveyor,
skip.
Ovchinnikov Nikolay Petrovich, candidate of technical sciences, associate professor, director, ovchinnlar1986@,mail.ru, Russia, Yakutsk, North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Reference
1. Increasing the time between failures of electric submersible pumps for oil production with high content of mechanical impurities / D. Shishlyannikov, V. Zverev, A. Ivanchen-ko, I. Zvonarev // Applied Sciences. 2021. 12(1). 64. DOI: 10.3390/app12010064.
2. Ovchinnikov N.P. Influence of sludge slurry on the efficiency of mining machines // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue. 2. pp. 348-356. DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-348-356.
3. Dolganov A.V. Hydroabrasive wear and efficiency of drainage installations of mines and mines // Mining information and analytical bulletin. 2019. No. 5 (special issue 9). pp. 3-8.
4. Erosion wear in impeller of double-suction centrifugal pump due to sediment flow / Z. Shen, R. Li, W. Han, H. Quan // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2020.No. 13(4). P.1131—1142. DOI:10.36884/jafm.13.04.30907.
5. Stan M. On the durability of centrifugal pumps // Fiability and Dura-bility. 2018.№ 1. P.193-198.
6. Ovchinnikov N.P. A method of combating silting of water catchments of precinct drainage installations of kimberlite mines // Notes of the Mining Institute. 2018. No. 231. pp. 317-320.
7. Korpachev V.V., Kharkov A.V., Berezin S.E. Technology of cleaning sludge tanks using submersible pumps // Mining industry. 2013. No. 1(107). C. 58.
8. Ovchinnikov N.P. Problems of operation of electric pump ag-regattas of sectional type at kimberlite mines of ALROSA and ways of their solution // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2018. № 329(6). C. 66-73.
9. Semakin M.S. Mine skips of high operational reliability // Mining information and analytical bulletin. 2013. No. 12. pp. 145-147.
10. Experimental study of the traction capacity of self-cleaning drums of mine belt conveyors / V.Yu. Antsev, P.V. Witchuk, N.A. Witchuk, D.S. Fedoseev // Izvestiya Tula State University. Technical sciences. 2022. No. 9. pp. 341-347. DOI: 10.24412/2071-61682022-7-341-348.
11. Bibikov P.Ya. Cleaning of the conveyor belt, a look at the problem // Mining information and analytical bulletin. 2004. No. 3. P. 300-302.
