CC BY
151
© В.Б. Добрецов, Д. С. Опрышко, 2006
УДК 553.411.3:621.878.6
В.Б. Добрецов, Д.С. Опрышко
КАНАТНО-СКРЕПЕРНАЯ РАЗРАБОТКА МАЛЫХ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ И ПРИБРЕЖНО-МОРСКИХ РОССЫПЕЙ
Семинар № 16
¥~Ъ нашей статье мы коснемся воз-
-я-3 можности использования скреперной и, в частности, канатно-
скреперной разработки обводненных малых россыпей на материке, прибрежноморских и пляжевых залежей россыпных материалов. При этом основными полезными компонентами рос-сыпей могут быть золото, касситерит, ряд тяжелых минералов, алмазы и др..
Малые россыпные месторождения (которые нерентабельно разрабатывать стандартными техническими средствами и относящиеся в основном к забалансовым и прогнозным ресурсам) располагающиеся на материке, а также пляже-вые и прибрежно-морские шельфовые россыпи, (довольно маломощные и зачастую непогребенные), помимо всего прочего находятся в удаленных и малодоступных районах при отсутствии инфраструктуры и энергоснабжения и поэтому возможны для разработки именно такими сравнительно простыми техническими средствами, к которым относятся канатно-скреперные установки.
Достаточно широкое распространение канатно-скреперные установки получили для проходки подводных траншей, что отмечается Э.Г. Годесом и Р.М. Нарбутом [1] (рис. 1).
Часовая производительность скреперной установки в таких условиях определяется по выражению:
Л 2100 • V • Кн з,
О =-------------н-, м3/ч,
КР •Т ’ ’
где V - объем ковша, м3; Т - средневзвешенное время полного цикла, с; Кн - коэффициент наполнения ковша (1,1 для супесей и суглинков); Кр - коэффициент разрыхления грунта, зависящий от грансостава и принимаемый равным 1,1-1,5.
Для конструкций скреперных ковшей, применяемых при проходке подводных траншей (ковши открытого типа) скорость движения ковша не должна превышать неразмывающих скоростей, принимаемых для конкретного типа разрабатываемых пород. Авторами работы [1] разработан достаточно своеобразный метод примерного расчета мощности двигателей, используемых для разработки подводных траншей с использованием канатно-скреперных установок, При этом, естественно, учитывается характеристика разрабатываемых пород. Так при разработке песков и илов считается необходимой мощность 736 Вт на 7 кг массы ковша. Вполне возможно, что удобнее определять необходимую мощность на 1 кг массы ковша, т.е., исходя из приведенного примера - 105 Вт на 1 кг массы ковша при разработке песков и илов. Для предварительно разрушен-
Рис. 1. Схема разработки подводных траншей канатно-скреперными установками [1]: а - с
расположением лебедок на одном или обеих берегах; б - с помощью двух тракторных лебедок; в -с помощью стационарной лебедки, установленной на берегу
ных плотных и скальных пород - 184 Вт на 1 кг массы ковша.
При расчете тяговых канатов скрепера используется формула:
Тр = Т • п ,
где Тр - разрывное усилие; Т - максимальное тяговое усилие; п - коэффициент запаса (принимается в пределах 6-8) Дополнительно канат испытывают с учетом его наматывания на барабан лебедки на напряжения <ттах, величины которых проверяют по формуле
н
<гтах = 1,27 • - + 800000—-— ,
тах в 2 • О
где - - диаметр каната; О - диаметр
барабана или блока; в - площадь поперечного сечения каната; Т - тяговое
усилие, действующее на канат.
Обычно скреперная установка, используемая для проведения подводных траншей, состоит из: двухбарабанной лебедки, приводной силовой установки, скреперного ковша, канатов и блоков, скреперной эстакады (рис. 2) и двух опор - хвостовой и головной.
Рис. 2. Скреперная эстакада: 1 - головная опора; 2 - блок; 3 - рельсы; 4 - бункер.
Подобными скреперными установками проходятся траншеи участками длиной до 300 м, шириной (по дну) от 0,7 до 1,8 м, глубиной до 2,5 м.
Опыт показал, что наибольший эффект достигается при использовании лебедок грузоподъемностью 1,25-2,5 т. Они обладают хорошей маневренностью, сравнительно малыми размерами и легко транспортируются на автомашинах. В качестве силовых установок канатно-скреперные установки имеют либо электродвигатели, либо двигатели внутреннего сгорания. Конструктивные размеры скреперных ковшей приведены в табл. 1 (рис. 3).
В развитие основных положений ав-
торов работы [1] на основании данных табл. 1 нами определена зависимость емкости ковша от его массы (рис. 4.). Полученное уравнение линии тренда позволяет с высокой степенью достоверности определять вместимость ковша скреперной установки на основании эффективной конструктивной массы. у = 0,0021х , м3
где у - вместимость ковша скреперной
3
установки, м ; х - масса ковша, кг.
Кроме этого получены зависимости габаритов скреперного ковша от его массы (рис. 5 а, б). Остальные габаритные характеристики получены аналогичным образом - на основании уравнений проводимых линий тренда.
Таблица 1
Конструктивные размеры стандартных скреперных ковшей
Вместимость ковша, м3 Масса, кг Габарит, мм
А В С Б Е Е
0,75 300 1342 1585 650 1270 1200 570
1 490 1472 1730 720 1400 1400 540
1 ,25 520 1572 1855 780 1500 1570 450
1,5 910 1680 1950 840 1600 1620 840
1,75 930 1780 1880 875 1700 1845 850
2 940 1992 2210 920 1800 1800 950
2,5 1180 2008 2335 990 1900 1850 1100
3 1320 2108 2455 1035 2000 1720 870
3,5 1500 2208 2495 1120 2100 1840 1150
Очевидно, что приведенные массогабаритные характеристики будут соответствовать форме ковша представленной на рис. 3. Расчетные данные для кузова ковша нашей конструкции представлены в табл. 2.
Достаточно детальное рассмотрение техники и.технологии канатно-
скреперной разработки подводных неуплотненных месторождений (песчаногравийные залежи) и экспериментальная проверка в производственных условиях осуществлена сотрудниками Московского горного института (МГИ) [2]. Исследования проводились применительно к озерным и прибрежным морским месторож-
Рис. 3. Скреперный ковш: А — ширина ковша понизу; В — длина ковша; С — высота; Д
— ширина ковша поверху; Е — расстояние до скобы тягового каната; Г — расстояние до скобы холостого каната
дениям.
Принципиальная схема такого способа разработки показана на рис. 6. Е.А. Бессонов [3] полагает, что основными технологическими параметрами скреперно-землесосной разработки песчаных и песчано-гравийных россыпей (скреперная доставка донного материала к землесосной установке, расположенной у уреза воды) являются: длина скреперного забоя, глубина разработки и объём материала россыпи заключенного в веерном блоке. Графически зависимость перечисленных выше параметров приведена на рис. 7.
Исходными показателями для технологических расчетов является баланс производительности землесосной и канатно-скреперной установок:
@3 = ®с.у.
Техническая производительность двухковшовой канатно-скреперной установки (м3/час) определяется по выражению
3600 • Е • К V
О =
с'у■ кр • V • tц + 1С)■
Рациональная длина радиального скреперного забоя (м) рассчитывается по формуле:
Е • V • К
в • К р • Vвc
250 500 750 1000 1250
Масса ковша, кг
1500 1750
Рис. 4. Зависимость вместимости ковша от его массы
0
а)
б)
500
0
--------1------------1—
500 1000 1500
Мксса ковша, кг
2000
500 1000 1500
Масса ковша, кг
2000
Рис. 5. Зависимость габаритов ковша от его массы: а) ширины ковша понизу от его массы; б) длины ковша от его массы
0
0
где Ек - геометрическая емкость ковшей скрепера, м3; Кн - коэффициент наполнения ковша скрепера (для песков Кн = 1,0-1,1); Ус - скорость скреперования (V = 0,8-1,5 м/с); Кр - коэффициент разрыхления (Кр=1,1-1,2); (ц - время реверса скреперной лебедки (?ц = 10-15 сек); £
- объемная консистенция всасываемой гидросмеси, доли ед.; Увс - скорость всасывания гидросмеси, м/с; ювс - площадь проходного сечения всасывающего патрубка грунтового насоса, м;
Допустимая глубина разработки скреперованием, м:
H g Lc ■ адоп ,
где адоп - максимально допустимый угол скреперного забоя, град.
Следует отметить, что в случае разработки малых золотоносных россыпей, помимо особенностей технологического характера, которые будут учитываться дополнительными расчетами, исходные показатели для определения основных технологических параметров дополняются производительностью обогатительной установки, на которую пески из зумпфа подаются землесосной станцией, т.е.:
Таблица 2
Конструктивные размеры ковшей для разработки малых континентальных россыпей
Вместимость 3 ковша, м Масса кузова ковша, кг Габариты, мм
A B C D E F
0,105 50 736 926 354 710 801 174
0,126 60 779 975 376 751 839 192
0,147 70 817 1018 395 788 873 209
0,168 80 851 1057 412 821 904 224
0,189 90 883 1093 428 852 931 239
0,210 100 912 1126 443 880 957 253
0,231 110 939 1157 457 906 981 266
0,252 120 965 1186 470 931 1003 279
0,273 130 989 1213 482 954 1023 291
0,294 140 1012 1239 494 976 1043 303
0,315 150 1034 1263 505 997 1062 314
О = О =
^с. у. ^з ^об.
Это будет справедливо для циклично-поточной разработки обводненной россыпи, когда скреперная установка работает циклично, а землесосная и обогатительная установки - поточно (при достаточной емкости зумпфа с его предварительной загрузкой). Как вариант возможен случай раздельной работы добычной и обогатительной установок, когда пески от канатно-скреперного агрегата поступают на промежуточный склад, а затем с него (миниэкскаватором или одноковшовым мини-погрузчи-ком) - на обогащение, что возможно при сравнительно больших запасах малой россыпи, или разработке россыпи несколькими участками и централизованным складом добытых песков.
Московским Горным институтом [4] достаточно давно были рассмотрены технические варианты специальных канатно-скреперных установок для разработки приурезовой части морских шельфовых россыпных месторождений.
Рис. 6. Схема разработки прибрежных и озерных пес-чано-гравийных месторождений сре-перно-землесосной установкой (по Е.А. Бессонову): 1 - землесосная установка; 2 - хвостовые блок-ролики; 3 - сваи, вмороженные в лед, или якоря летом; 4,5 -ковш канатного скрепера; 6 -зумпф; 7 - разрабатываемый веерный блок
В определенной степени эти разработки могут быть использованы при освоении материковых малых обводненных россыпей золота.
Опытная установка МГИ (рис. 8) была испытана на Балтийском полигоне. Второй агрегат прошел испытания при комплексных работах по опробованию шельфовых песков в бухте Рудная Японского моря (рис. 9). Авторами конструкций было предложено использовать эффект гидродинамического взвешивания для увеличения скорости движения ковша под водой и его емкости без существенного повышения мощности привода. Предположения были успешно подтверждены в процессе лабораторных и натурных испытаний и позволили получить основные расчетные зависимости.
При всех своих достоинства рассмотренные техника и технология подводных горных работ применительно к разработке золотоносных россыпей имеют и некоторые недостатки. К ним следует отнести сравнительно неуправляемое движение скре-перного ковша вследствие его гибкой подвески, что может привести к потерям песков. При веерной разработке конфигурация за-ходки в плане имеет вид вытянутого треугольника, что определяет неравно-
В
// /
Ек2 = // / /
ЕК1 ->/ /А* / / •IV
/ /
Рис. 7. К определению основных техникотехнологических характеристик разработки россыпей канатно-скреперными установками (по Е.А. Бессонову) [2]: а) Зависимость величины объёмов полезного ископаемого, заключенных в веерном блоке, от длины этого блока Ьс и глубины разработки Н; б) Зависимость производительности канатного скрепера Qк,с.y, от длины скреперования Ьс и геометрической емкости ковшей Ек: 1, 2,
3, 4, 5, 6 - емкости ковшей 1; 2,5; 3,5; 5; 8 и 11м3 соответственно; в) Зависимость потребной мощности N лебедок канатных скреперов от геометрической емкости ковшей Ек: Ек1 - одноковшовый канатный скрепер с объёмом ковша Ек1=У; Ек2 - несколько одноковшовых канатных скреперов с суммарным объемом ковшей Ек2=8У, Ек3 - двухковшовый канатный скрепер с суммарным объемом ковшей Ек3=2/3 У
мерную загрузку ковша в процессе черпания и возможность его заваливания в выработанное пространство. Процесс разработки (черпания) происходит по всей длине заходки, что совершенно неоправданно, поскольку после заполнения ковша он должен выходить из забоя и перемещаться по кровле россыпи. Желательно разрабатывать россыпь параллельными заходками шириной равной ширине грунтозаборной части скреперного ковша. Конструкции скреперов по
рис. 8,9 достаточно сложны и велики по массе.
В связи с этим полагаем необходимым некоторое совершенствование существующих методов подводной канатно-скреперной разработки малых материковых золотоносных россыпей, а также пляжевой и прибрежно-морской части шельфовых россыпей, при соответствующей модернизации добычной техники.
В зависимости от мощности подводной россыпи ее отработка может осуще-
Рис. 8. Опытный подводный
скрепер крытообразной формы: 1
— передняя подвижная емкость; 2
— задняя неподвижная емкость; 3
— боковая балка; 4 — верхняя ось поворота подвижной емкости; 5
— переднее колесо; 6 — заднее колесо; 7 — вертикальный вал; 8
— приводная шестерня; 9 — шестерня шнека; 10 — шнек; 11 — обгонная муфта; 12 — режущий контур; 13 — крыло для удержания передней подвижной емкости; 14 — замок; 15 — передняя упряжка; 16 — мачта.
ствляться либо одним горизонтом по всей площади россыпи, либо отдельными горизонтами (слоями).
Нами уже отмечалась [5, 6] значимость и необходимость достаточно широкого освоения малых золотоносных россыпей и, в основном, за счет малого и среднего бизнеса. Очевидно, что для успешной работы по этому направлению необходимо определенное совершенствование и техники, и технологии горных работ.
Рассмотренные выше канатно-
скреперные технологии в случае разработки малых обводненных материковых россыпей или пляжно-прибрежных залежей в основном могут быть примени-
мы для удаления торфов или вскрышных пород, где нет необходимости в особо тщательном ведении горных работ, как этого требует выемка песков (материк) и непосредственно материала россыпи (пляж, шельф). Можно сформулировать следующие предварительные требования к совершенствованию канатно-
скреперной разработки малых россыпей:
- отработка россыпи должна вестись не по веерной схеме с неравномерными параметрами заходки (рис. 6), а параллельными заходками;
- внедрение ковша, в материал россыпи и последующая выемка песков с заполнением ковша должна производиться до момента его полной загрузки с
последующим выведением из забоя;
Рис. 9. Подводный скреперный ковш с крытьями: 1 - ковш емкостью 0,5 м3; 2 - крышка; 3 - каток; 4 - крыло; 5 - крепление холостого троса; 6 - рабочая упряжка; 7 - транспортная упряжка.
Рис. 10. Принципиальная схема ковша специальной конструкции: 1 - несущая рама; 2 - кузов ковша закрытого типа;3 - колеса; 4 - вертикальные стойки рамы для крепления колес; 5 - рамный выступ для размещения крепления запирающего устройства;. 6 - ось крепления (и вращения) кузова ковша; 7 - ось вращения (поворота) ножа ковша; 8 - нож ковша;9 - опорный выступ кузова ковша (третья точка крепления кузова); 10 - подпружиненная (сталистая) опора кузова ковша
- последующее подводное транспортирование ковша должно производиться с увеличенной скоростью (двухскоростная лебедка), которая не должна зависеть от размывающих скоростей.
Очевидно, что для указанных целей необходима специальная конструкция ковша, упрошенная принци-пиальная схема которого рассматривается ниже (рис. 10).
Как видно из рис. 10 ковш открыт только со стороны забойной его части и имеет практически закрытую конструкцию, что делает его перемещение в транспортном режиме независимым от размывающих скоростей и позволяет по окончании процесса загрузки песками перемещаться далее с повышенной скоростью с целью сокращения времени рабочего цикла. К несущей раме 1 кузов ковша крепится в трех
точках (позиция 6 - две оси и 9, 10 -детали пружинящего сталистого запирающего узла) а сама рама оснащена четырьмя колесами 3.
Рабочий ход ковша (заполнение песками) показан на рис. 11 а, г (проходка разрезной заходки по пескам на заданною мощность слоя Ь). При этом колеса 3 ковша перемешаются по кровле пласта песков. По мере заполнения ковша песками увеличивается его масса и при полной его загрузке .срабатывает подпружиненный запорный механизм (рис. 10, позиция А-А), загруженный ковш поворачивается вокруг осей 6 и задней нижней частью (оснащенной поперечным вращающимся роликом) опускается на плотик (или кровлю очередного слоя пласта при слоевой разработке пласта песков), как это показано на рис. 11 б). Нож ковша при этом выходит из контакта с забоем и при дальнейшей работе тя-
а)
ш
7//у)' '%Г7?» )>>»?»}
ІZ
Ь77ТГ777^?Т7ГГ77777Г77^7гт77777777777ГГЩ^
>Ш!Ьтг
г)
\\W\V
д) - -
шяяш*""
та\\\\\\\\\\Л'
Рис. 11. Стадии отработки заходок подводной россыпи
говой лебедки ковш полностью выходит на кровлю разрабатываемой россыпи и перемещается в скоростном режиме (двухскоростная лебедка).
При проходке последующих параллельных заходок два колеса ковша перемещаются по направляющим стойкам с прорезами (с их закреплением в нужном положении) и движение ковша с его загрузкой происходит по схеме показанной на рис. 11 д.
Очевидно, что длина скреперования составит:
ь = Е • кн Ч • В • кр '
Такая рабочая длина скреперования с заполнением ковша полностью может контролироваться длиной троса, наматываемого на лебедку, после чего вводится скоростной режим работы. Дополнительно момент заполнения ковша и его опускание задней частью на плотик регистрируется всплытием привязанного к запирающему механизму (рис. 10, позиции 9,10) контрольного буя, всплывающего в момент срабатывания запирающего механизма.
Разработка подводной россыпи параллельными заходками требует изме-
нения конструкции головной (лебедочной) и концевой опор канатноскреперной установки. В нашем случае обе опоры должны, по мере отработки заходок, перемещаться синхронно. Здесь могут использоваться по два звена желез-нодорожного пути, используемых при подземной разработке полезных ископаемых, на которых будут установлены опоры с поочередной переукладкой звеньев по мере отработки россыпи на ширину одного звена.
Кроме этого целесообразно проработать вариант технологической схемы с использованием двух лебедок и двух скреперных ковшей, работающих параллельно с целью существенного сокращения потерь времени на холостые перегоны. Применение рассмотренного варианта разработки малых золотоносных россыпей целесообразно при сравнительно узких и протяженных россыпях (а при двух лебедках и двух ковшах - и при значительных запасах песков), когда конструктивные особенности опор позволяют располагать их на противоположных берегах водоема.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Годес Э.Г., Нарбут Р.М. Строительство в водной среде: Справочник - 2-е изд., пе-рераб. и доп. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1989
2. Ялтанец И.М., Бессонов Е.А. Технология разработки обводненных месторождений в условиях Крайнего Севера. ЦП ВНПГО, М., 1989.
3. Бессонов Е.А. Технология и механизация гидромеханизированных работ.
М. Центр, 1999.
4. Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов. Под об-
щей редакцией В.В. Ржевского, Г.А. Нурока. М. Недра, 1979.
5. Добрецов В.В., Сендек СВ., Опрышко Д.С. Минеральные ресурсы России и перспективы освоения малых россыпных месторождений золота. // Известия вузов. Горный журнал, 2005, №2.
6. Добрецов В.Б., Лигоцкий Д.Н., Опрышко Д.С., Якубовский М.М. Разработ-ка малых обводненных россыпей мини-дра-гами. Горный информационно-аналитичес-кий бюллетень, изд-во МГГУ, 2005, № 10.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------
Добрецов Виктор Борисович - профессор, доктор технических наук,
Опрышко Денис Сергеевич - аспирант,
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (ТУ).
------^
^-------
-------------------------------------------- © Е.А. Федорова, 2006
УДК 622.271:622.693.25 Е.А. Федорова
ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ СЕЛЕКТИВНОГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ БЕСТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ
Семинар № 16
¥~Ъ условиях все увеличиваю--Я-М щихся масштабов разработки полезных ископаемых открытым способом бестранспортная система разработки нашла широкое применение на угольных и россыпных месторождениях. В последние годы ее совершенствование идет по пути применения землесберегающих тех-нологий, предусматривающих заполнение выработан-
ного пространства действующих карьеров вскрыш-ными породами. Однако со временем внутренние отвалы, сформированные на наклонных площадках из смесей маловлажных песчаных и глинистых пород, начинают деформироваться. Причина деформаций таких отвалов заключается в следующем.
