CC BY
51
© Е.А. Бессонов, 2004
УДК 532 Е.А. Бессонов
ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
Ш Ш роизводство гидромеханизированных работ в условиях Крайнего Севера характеризуется рядом особенностей. Во-первых, при подготовке к разработке озерных песчаных месторождений, возникает необходимость в установлении гидрологической приемлемости озер для гидромеханизированной разработки залежи земснарядами, а во-вторых, - в выборе наиболее рациональных способов доступа земснарядов к удаленным от берега талым залежам полезного ископаемого. Кроме того, актуальным является вопрос обеспечения рабочих перемещений земснарядов в забоях, из-за трудностей, возникающих при переукладке якорей по акваториям мелководных озер, а также вопрос предотвращения смерзаемости намытых пород в зимний период.
При проведении подготовительных работ следует учитывать, что земснаряды технически не в состоянии разрабатывать мерзлые породы, а применение гидрорыхлителей, как показывает практика, помогает бороться лишь с незначительными слоями мерзлых пород мощностью до 0,2-0,3 м. При этом на их размыв затрачивается значительное количество дефицитного, при коротком сезоне работ, рабочего времени земснаряда. В виду этого, водные акватории озер на участках разработки залежи земснарядами не должны промерзать до дна в зимние периоды года.
Мощность талой залежи песчаных пород является основополагающим параметром для использования земснарядов. Она должна соответствовать технологической высоте подводного забоя земснаряда, регламентированной нормами ЕНиР 2-2. Однако практика показывает, что при свободном всасывании пород наиболее эффективной мощностью талой залежи является мощность равная или большая максимальной технологической высоте подводного забоя земснаряда, соответствующей максимальной технической глубине разработки земснаряда.
На эффективность применения земснарядов также влияют размеры озер и связанная с этим удаленность талой технологической залежи полезного ископаемого от берега. При удаленности залежи от берега, превышающей максимальную приведенную дальность транспортирования гидросмеси земснарядом [ЕНиР 2-2, табл. 5], возникнет необходимость в применении дополнительных перекачивающих станций, что влечет за собой повышение затрат и снижение эффективности гидромеханизированных работ в целом. Поэтому при оценке того или иного озерного песчаного месторождения следует учитывать, что талые залежи песка, технологически пригодные для их разработки земснарядами, не должны быть удалены от берега на расстояния, превышающие максимальную приведенную дальность транспортирования гидросмеси для данного типа земснаряда.
Одним из главных условий применения гидромеханизации на разработке озерных месторождений является наличие достаточного запаса технологической воды в озере.
Потребный объем технологической воды для работы земснаряда в основном состоит:
• из объема воды, расходуемого на гидротранспорт песчаных пород на карту намыва (безвозвратная схема водоснабжения карьера);
• из объема воды, остающегося в теле кары намыва до окончания ее консолидации (возвратная схема водоснабжения карьера);
• из объема водной акватории карьера, потребного для обеспечения технологических перемещений (плавания) земснаряда по забою;
• из объема воды, потребного для восполнения технологических потерь при гидротранспортировании породы.
Проведенный в связи с этим анализ показывает, что наибольшее влияние на объемы потребления технологической воды, при прочих равных условиях, оказывает схема размещения
карт намыва на местности, при которой, в одном случае, может обеспечиваться самовозврат воды с карт намыва обратно в карьер, в другом,
- нет.
Поэтому озерные месторождения, предназначенные для их разработки земснарядами, должны иметь достаточный запас технологической воды в озере, зависящий от схемы размещения карт намыва на местности.
С экологической точки зрения озера, в которых планируется добыча песчаных пород земснарядами, не должны иметь важного водохозяйственного или рыбохозяйственного значения.
В связи с удаленностью технологической залежи полезного ископаемого от мерзлых берегов озер возникает проблема обеспечения к ней доступа земснаряда. На практике применяют различные способы обеспечения доступа земснаряда к залежи: от увеличения штатной длины плавпульпопровода земснаряда, - до отсыпки грунтовой дамбы вглубь озера [2]. Учитывая, что перечисленные способы имеют ряд серьезных недостатков, автором был предложен новый способ доступа земснаряда к залежи, который позволяет снизить затраты на подготовительные работы. Суть способа заключается в отсыпке, в центре залежи на льду, пионерной площадки, на которую затем, до наступления намывного летнего сезона, складируют трубы пульпопровода и паркуют грузоподъемную тракторную технику (трубоукладчик) (рис. 1). В летний период от площадки начинают намыв пионерной тропы к берегу озера, путем наращивания заранее заготовленных труб пульпопровода с помощью трубоукладчика. Достоверность осуществления такого способа подтверждается расчетами.
Для этого необходимо провести проверку устойчивости льда для отсыпки на нем пионерной площадки.
Для расчетов толщину льда, подверженного нагрузкам, при отсутствии в ледяном покрове майн и трещин определяют по формуле:
Ъ л = 0,15 V Р, (1.1)
Учитывая, что Р = р Ън Б, то формула примет вид:
Ъ л = 0,15 V (р Ъ Б), (1.2)
где Ъ л - толщина кристаллического льда, м; Р
- масса груза, т; р - насыпная плотность песчаного грунта, р = 1,7 т/м3; Ъ - полная высота от-
сыпанной на льду насыпи, м; Б -пересчет нормативной площади опоры на лед, Б = 6 м2.
Подстановка в полученную формулу, близких к натуральным исходных данных, показала, что минимальная толщина льда Ъл для отсыпки на нем пионерной площадки и допустимое время строительства площадки Т, ст., в зависимости от высоты отсыпки насыпи Ън, должна соответствовать следующим величинам:
llH, м 2,5 2,75 3,0 3,25 3,5
Ьл, м 0,76 0,80 0,83 0,87 0,90
Т, ст., м 1667 949 535 306 175
Допустимое время стояния, час, механизмов на льду вычисляется по следующей формуле:
T ст. = 20 [(Q - P)2 (E + 1) / QP]3, (2)
где Q - допустимая нагрузка на лед, т; P - масса механизма, т; Е - коэффициент, зависящий от ледового покрова и температуры воздуха, Е изменяется от нуля до 3 в зависимости от температуры воздуха от -5 С° до - 15 С°.
Расчетные данные допустимого времени строительства площадки (см. таблицу) показывают, что такого времени вполне достаточно для того, чтобы успеть отсыпать площадку до начала деформации льда. Справочно: для отсыпки площадки объемом 3,5 тыс. м3, при оптимальных условиях потребуется всего около 40 часов рабочего времени.
Объем грунта, требуемый для отсыпки пионерной площадки в озере:
Упл = h [a2 + (2ah/m) +(4h2/3m2)], (3)
где h - полная высота отсыпаемой площадки, м; a - сторона (квадратной) площадки, м; m -коэффициент откоса площадки.
Объем грунта, требуемый для отсыпки пионерной тропы в озере:
Ут = L hep [b + (hcp/m)], (4)
где L - длина площадки, м; hep - средняя по длине высота насыпи тропы, м; b - ширина тропы поверху.
Сравнительные потребные объемы грунта, потребные для отсыпок пионерных земляных сооружений в озере (табл. 2).
Сравнительный анализ требуемых объемов отсыпок пионерных тропы и площадки показывают в среднем 3-4 кратное сокращение объемов отсыпок в период подготовительных работ.
12 х х
Рис. 1. Схема организации подготовительных гидромеханизированных работ: 1 - площадка жил.городка и электростанции; 2 - площадка склада ГСМ; 3 - ледовая дорога; 4 - пионерная площадка; 5 - склад труб пульпопровода; 6 - запаркованный до летнего времени трубоукладчик; 7- заготовленный якорь для земснаряда; 8 -территория акватории озера, предназначенная для размещения карты намыва; 9 - ледовая площадка для монтажа земснаряда; 10 - береговая линия озера; 11 - ледовый покров озерного месторождения; 12 - граница многолетней мерзлоты
Поэтому отсыпка на лед пионерной площадки может являться наиболее эффективным способом, обеспечивающим доступ земснаряда к технологической залежи полезного ископаемого.
Таблица 2 Пионерная тропа
Рис. 2. Схема раскладки якорей земснаряда в карьере
Весьма актуальным является вопрос обеспечения рабочих перемещений земснарядов в забоях, из-за трудностей, возникающих при пе-реукладке якорей по акваториям мелководных озер. Проблема здесь заключается в том, что, с одной стороны, для обеспечения переукладок якорей необходимо применять вспомогательные самоходные плавсредства: мотозавозню или малый буксирный катер, что накладно ложиться на себестоимость гидромеханизированных работ, а с другой стороны, постоянное технологическое обмеление и без того мелководных озер,, возникающее в результате откачек воды для гидротранспорта и ведения намывных работ, не позволяют эффективно использовать эти плавсредства на озерных месторождениях. Поэтому наиболее рациональной и экономичной является
Ь ср, м
Ь ср
1,5 2,0 2,5
Ь, м 200 300 400 200 300 400 200 300 400
Ут, м3 2700 4050 5400 4000 6000 8000 5500 8250 11000
Пионерная площадка
Ь, м
2,5 3,0 3,5
Упл, м3 1231 1623 2009
Ь, м 200 300 400 200 300 400 200 300 400
Тнам, час 77 115 153 126 189 252 178 267 356
Потребный объем добычи, V тыс. м3 100-200 200-400 400-800 800-1200 1200-1800
Радиус раскладки якорей, И, м 88 124 176 215 263
Потребное количество якорей, п, шт С" 40 -J 8 9 10 - 11 11 - 12
зимняя установка якорей земснаряда (рис. 2), которую необходимо проводить по методике, предложенной ниже. Вначале рассчитывают параметры раскладки якорей. Радиус раскладки якорей в карьере озерного месторождения будет зависеть от требуемых объемов добычи полезного ископаемого V и проектной глубины разработки h. С учетом длины подводного откоса, образующегося при работе земснаряда, радиус раскладки якорей в карьере озерного месторождения песка может быть вычислен по формуле:
R = Кз V(V/n h), (5)
где Кз - коэффициент запаса длины, превышающей длину подошвы подводного откоса уступа, т.е: Кз > (l = h cos Р) = 1,2 h cosP; р -угол откоса рабочего уступа земснаряда, град.
Тогда круговой периметр карьера L радиусом R составит:
L = 2 л R = 2 пКз V(V/n h), (6)
Расстояния между якорями в карьере будут зависеть от длины подошвы откоса уступа (стрела хорды, рис. 2), а в плане они будут соответствовать длинам хорд окружности периметром L, т.е.:
а = 2 V(2lR - l2), (7)
Тогда потребное количество якорей в карьере может быть вычислено по формуле:
n = L/a, (8)
Расчетное количество якорей, необходимых для организации работы земснаряда в зависимости от потребных объемов добычи (при средней мощности разрабатываемой залежи песка 10 м) представлено в табл. 3.
Таким образом, раскладка якорей в карьере земснаряда должна производится в зимний подготовительный период, путем предварительной установки якорей на лед, с перспективой протаивания льда и опускания этих якорей на дно озера. Причем геометрические параметры раскладки якорей по озерному месторождению будут зависеть от требуемых объемов добычи, мощности разрабатываемой залежи и расчетной величины подводного откоса уступа земснаряда.
На качество намываемых пород, например ПГС, в условиях Крайнего Севера влияет их конечная влажность и сыпучесть. Проведенные, в связи с этим исследования показали, что для предотвращения смерзаемости намытых пород еще до наступления зимнего периода необходимо производить их обезвоживание, путем формирования на картах намыва открытых дренажных траншей, расстояния между которыми будет зависеть от криолитологического состояния (талого или мерзлого) основания карты намыва. Причем, проектную высоту намыва карт необходимо принимать с учетом расчетного расстояния между дренажными траншеями и заложения их откосов и ширины траншей понизу, влияющих на вместимость экскавируемых из дренажных траншей объемов пород на верхних площадках карты намыва, т.е.:
Нк.н < т (Ьдр - Ь) / 3,
где т - величина заложения откоса дренажной траншеи, доли единиц; Ь - ширина дренажной траншеи понизу, м; Ьдр - расчетные расстояния между осями дренажных траншей, м.
------------------------------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автодороги п-ва Ямал. Раздел проекта Г и- Крайнего Севера. Горный информационно-
протюменнефтегаза. Тюмень, 1983 г. аналитический бюллетень - М.: Изд-во МГГУ, № 6,
2. Бессонов Е. А. Процессы разработки пес- 2003. - С. 14-19.
чаных месторождений земснарядами в условиях
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------
Бессонов Евгений Александрович - кандидат технических наук, ЗАО «ЛУКойл-Нефтегазстрой».
