CC BY
7
УДК 622.51 DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-348-356
ВЛИЯНИЕ ИЛО-ШЛАМОВОЙ ПУЛЬПЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ГОРНЫХ МАШИН
Н.П. Овчинников
Исследовано влияние ило-шламовой пульпы на эффективность различных типов горных машин на кимберлитовом руднике «Удачный». Установлено, что увеличение обьема осевшей ило-шламовой пульпы в водосборных горных выработках крайне негативно влияет на эффективность насосного оборудования, погрузочно-доставочных и подъемных машин.
Ключевые слова: кимберлитовый рудник, шахтная вода, водосборные горные выработки, заиление, концентрация механических примесей в воде, горные машины.
Введение. В водосборники и сооружаемые перед ними осветляющие резервуары подземного кимберлитового рудника «Удачный» вместе с шахтной водой поступает значительное количество нерастворимых механических примесей. Их концентрация в воде может доходить до 35 г/л.
Как видно из рис. 1, средняя концентрация твердых частиц в шахтных водах снижается с 26 г/л до 17 г/л по мере ее движения в водосборных горных выработках главной водоотливной установки рассматриваемого рудника. Т.е. в условиях главного водоотлива около 40 % от всех поступа-емых в осветляющие резервуары и водосборники механических примесей оседает на дно, приводя тем самым, к их интенсивному заилению. Практика показывает, что в условиях участкового водоотлива наблюдается аналогичная ситуация.
Рис. 1. Средняя концентрация механических примесей в шахтных водах в условиях главного водоотлива: 1 - перед осветляющим резервуаром; 2 - перед водосборником; 3 - на выходе из водосборника
Заиление водосборных выработок с течением времени может привести к выносу вместе с шахтными водами большего количества твердых частиц в зону их откачки насосным оборудованием [1]. Контакт с взвешенными механическими примесями способствует активизации гидроабразивного изнашивания деталей проточной части насосов [2 - 4].
Из опыта эксплуатации насосного оборудования на руднике «Удачный» видно, что у секционных насосов (главный водоотлив) такому виду изнашивания в большей степени подвержены щелевые уплотнения рабочих колес и детали узла гидравлической пяты, а у консольных насосов типа Х (участковый водоотлив) - спиральный отвод (улита) [5].
Обильное заиление всасывающих коллекторов (главный водоотлив) или водозаборных колодцев (участковый водоотлив) может привести к работе насосного оборудования в режимах малых подач или даже «сухого хода» [6].
Работа в вышеприведенных неблагоприятных с точки зрения эксплуатации режимах может крайне негативно сказываться на роторных и корпусных деталей секционных насосов вследствие нарушения нормальной работы узла гидравлической пяты, отвечающего за уравновешивание осевой нагрузки [7 - 9]. Установлено, что даже непродолжительная работа секционного насоса в режиме «сухого хода» (длительностью около 30 мин) приводит к полному исчерпанию его технического ресурса (рис. 2).
Рис. 2. Обширный адгезионный износ рабочих колес насоса модели НЦС(К) 400-660, рудник «Мир»
Откачка шахтной воды насосным оборудованием главной водоотливной установки рудника «Удачный» в условиях обильного заиления всасывающих коллекторов наблюдается довольно редко. Такие внештатные режимы работы характерны насосному оборудованию участковой водоотливной установки, что приводит к частым отказам его подшипников из-за роста вибрационных нагрузок [10]. Средняя наработка подшипников на отказ равна 500 ч.
Для поддержания осветляющих резервуаров и водосборников в рабочем состоянии необходимо регулярно (не менее 1 раза в месяц) удалять из них ило-шламовую пульпу. На рис. 3 приведены данные о периодичности очистки водосборных горных выработок главной (горизонт - 580) и участковой (горизонт - 650) водоотливных установок рассматриваемого рудника от заиления за временной период с 2016 по 2021 гг.
2016 2017 2018 2019 2020 2021
Год
■ главная водоотливная установка □ участковая водоотливная установка
Рис. 3. Периодичность очистки водосборных горных выработок водоотливного хозяйства по годам
Обычно для очистки водосборных горных выработок от заиления на рудниках привлекается различная самоходная техника [1, 11]. На руднике «Удачный» для удаления ило-шламовой пульпы используются дизельные ПДМ механоэнергетического участка (МЭУ) в количестве 3 единиц (табл. 1).
Таблица 1
Основные сведения о ПДМ МЭУ
Модель ПДМ Год введения в эксплуатацию на руднике
Caterpillar R1600B 2018
Sandvik LH410 2020
GH Fahrzeuge LH 10EX 2017
Характерной особенностью осевшей ило-шламовой пульпы является ее неоднородность, под которой следует понимать наличие в ней «карманов», наполненных водой. При погрузке пульпы в ковш ПДМ эти «карманы» лопаются, в результате чего происходит пролив большого количества воды.
Часть воды вместе с ило-шламовой пульпой попадает непосредственно на саму ПДМ, что способствует обильному загрязнению ее узлов и
агрегатов. В связи с этим, машины каждый день по несколько часов находятся в вынужденных простоях в связи с их тщательной мойкой (рис. 4). Увеличение времени рассматриваемого вида простоя ПДМ связано, в первую очередь со снижением периодичности очистки водосборников участковой водоотливной установки (см. рис. 3).
Рис. 4. Суммарное время простоев ПДМ в связи с их мойкой по месяцам
Средняя наработка на отказ ПДМ МЭУ не превышает 120 ч (рис. 5), что обычно в 1,3.. .1,4 раза ниже, чем у аналогичных машин, задействованных на других производственных участках рудника.
Рис. 5. Средняя наработка на отказ ПДМ: 1 - GH Fahrzeuge LH 10EX; 2 - Caterpillar R1600B; 3 - Sandvik LH410
Из опыта эксплуатации ПДМ МЭУ видно, что преобладающая доля их отказов приходится на шарнирно-сочлененную раму (рис. 6).
4
Рис. 6. Распределение отказов по системам: 1 - шарнирно-сочлененная рама; 2 - ДВС; 3 - электрооборудование; 4 - прочее
В шарнирно-сочлененной раме ПДМ в основном (95 %) выходит из строя подвесной подшипник в связи с его интенсивным механическим изнашиванием, обусловленным попаданием в него ило-шламовой пульпы в процессе чистки водосборных горных выработок.
Частым отказам ДВС способствует откатка ило-шламовой пульпы ПДМ по автоуклону 200 %о (с горизонта - 650 на горизонт - 611), ведущая к работе агрегата в нагруженных режимах.
Раньше, при очистке водосборных горных выработок довольно часто выходило из строя электрооборудование (в основном аккумуляторная батарея). После переноса аккумуляторного отсека на верхнюю часть машины отказы заметно снизились.
На руднике «Удачный» ило-шламовую пульпу, удаляемую ПДМ из водосборных горных выработок главной и участковой водоотливных установок, поднимают на дневную поверхность через вентиляционно-вспомогательный (ВВС) и скиповой стволы (СС). Динамика изменения поднятого объема ило-шламовой пульпы по годам представлена на рис. 7. Выдача такого огромного количества ило-шламовой пульпы ведет к непроизводительным затратам на эксплуатацию подъемной установки ВВС, а в случае с подъемной установкой СС - в первую очередь к снижению ее производительности по кимберлитовой породе, в связи с ее разубоживани-ем.
Рис. 7. Выдаваемый на дневную поверхность объем ило-шламовой
пульпы по годам
В настоящее время коэффициент разубоживания £раз составляет около 0,46 %:
к
V -р п п
раз д
руд
8748 - 2,1 4000000
: 0,46%.
(1)
где Уп - объем поднятой ило-шламовой пульпы за год через скиповой ствол, тн; рп - средняя плотность ило-шламовой пульпы, тн/м3; ^руд - текущая производственная мощность рудника, тн/год.
Заключение
На основании выполненных исследований сделаны следующие основные выводы:
1) насосному оборудованию участковой водоотливной установки рудника «Удачный» характерна систематическая работа во внештатных режимах, обусловленных интенсивным заилением водосборных колодцев, что негативно сказывается, в первую очередь на ресурсе подшипников, среднее значение которого составляет 500 ч;
2) средняя наработка на отказ ПДМ, используемых при удалении осевшей ило-шламовой пульпы из водосборных горных выработок и ее дальнейшей откатки, не превышает 120 ч, что обычно в 1,3...1,4 раза ниже, чем у аналогичных машин, задействованных на других производственных участках рудника «Удачный»;
3) выдача значительных объемов ило-шламовой пульпы вместе с кимберлитовой породой через скиповой ствол рудника «Удачный» ведет к ее разубоживанию, чей коэффициент в настоящее время составляет 0,46 %.
Список литературы
1. Корпачев В.В., Харьков А.В., Березин С.Е. Технологии очистки шламоотстойников с использованием погружных насосов // Горная промышленность. 2013. № 1(107). C. 58-59.
2. Долганов А.В. Гидроабразивный износ и экономичность водоотливных установок шахт и рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. №5 (спец. вып. 9). С. 3-8.
3. Shen Z., Li R., Han W, Quan H. Erosion wear in impeller of double-suction centrifugal pump due to sediment flow // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2020. № 13(4). С. 1131-1142.
4. Case study: Effects of sediment concentration on the wear of fluvial water pump impellers on Brazil's Acre River / R. Serrano, L. Santos, E. Viana, C.B. Martinez // Wear. 2018. № 408. С. 131-137.
5. 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. Т. 329 (6). С. 66 -73.
6. Овчинников Н.П. Способ борьбы с заиливанием водосборников участковых водоотливных установок кимберлитовых рудников // Записки Горного института. 2018. Т. 231. C. 317 - 320.
7. Анализ эффективности разгрузочных устройств шахтных центробежных секционных насосов / А.В. Долганов, А.О. Еслентьев, Е.О. Че-раков, Э.Ю. Торопов // Известия Уральского государственного горного университета. 2014. № 2(34). С. 31-35.
8. Тимохин В.Ю., Паламарчук Н.В. Результаты исследований осевой силы ротора и параметров автоматических уравновешивающих устройств центробежных секционных насосов // Сб. науч. тр. Донецкого института железнодорожного транспорта. 2017. № 45. С. 32-42.
9. Паламарчук Н.В., Тимохина В.Ю., Паламарчук Т.Н. Причины неудовлетворительной работы автоматических уравновешивающих устройств центробежных высоконапорных насосов // Сб. науч. тр. Донецкого института железнодорожного транспорта. 2016. № 42. С. 65-71.
10. Овчинников Н.П., Алексеев Я.Д., Бояров М.М. Сравнительный анализ эффективности эксплуатации различных типов центробежных насосов в условиях кимберлитовых рудников // Горное оборудование и электромеханика. 2018. № 5. C. 42 - 47.
11. Долганов А.В. Шламы медно-колчеданных рудников: проблемы и пути решения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. № 4. С. 10-14.
Овчинников Николай Петрович, канд. техн. наук, доц., директор, [email protected], Россия, Якутск, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
INFLUENCE OF SILT-SLURRY PULP ON THE EFFICIENCY OF MINING MACHINES
N.P. Ovchinnikov
The influence of silt-slurry pulp on the e fficiency o f various types of mining machines at the Udachny kimberlite mine has been studied. It has been established that an increase in the volume of settled silt-slurry pulp in catchment mine workings has an extremely negative effect on the efficiency of pumping equipment, loading and delivery and lifting machines.
Key words: kimberlite mine, mine water, catchment mine workings, siltation, concentration of mechanical impurities in water, mining machines.
Ovchinnikov Nikolay Petrovich, candidate of technical sciences, associate professor, director, ovchinnlarl986ya mail.ru, Russia, Yakutsk, North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Reference
1. Korpachev V.V., Kharkiv A.V., Berezin S.E. Technologies for cleaning sludge tanks using submersible pumps // Mining industry. 2013. No. 1(107). pp. 58-59.
2. 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.
3. Shen Z., Li R., Han W, Quan H. Erosion wear in impeller of double-suction centrifugal pump due to sediment flow // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2020. No. 13(4). pp. 1131-1142.
4. Case study: Effects of sediment concentration on the wear of fluvial water pump impellers on Brazil's Acre River / R. Serrano, L. Santos, E. Viana, C.B. Martinez // Wear. 2018. No. 408. pp. 131-137.
5. 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. Vol. 329 (6). pp. 66-73.
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. Vol. 231. C. 317 - 320.
7. Analysis of the efficiency of unloading devices of mine central sectional pumps / A.V. Dolganov, A.O. Eslentyev, E.O. Cherakov, E.Yu. Toropov // Izvestiya Ural State Mining University. 2014. No. 2(34). pp. 31-35.
8. Timokhin V.Yu., Palamarchuk N.V. Results of studies of the axial force of the rotor and parameters of automatic balancing devices of centrifugal sectional pumps // Sb. nauch. tr. Donetsk Institute of Railway Transport. 2017. No. 45. pp. 32-42.
9. Palamarchuk N.V., Timokhina V.Yu., Palamarchuk T.N. Reasons for unsatisfactory operation of automatic balancing devices of centrifugal high-pressure pumps // Collection of scientific tr. Donets-ko Institute of Railway Transport. 2016. No. 42. pp. 65-71.
10. Ovchinnikov N.P., Alekseev Ya.D., Boyarov M.M. Comparative analysis of the efficiency of operation of various types of centrifugal pumps in conditions of kimberlite mines // Mining equipment and electromechanics. 2018. No. 5. C. 42-47.
11. Dolganov A.V. Sludges of copper-pyrite mines: problems and solutions // Mining information and Analytical Bulletin. 2013. No. 4. pp. 10-14.
УДК 622.2: 550.0.042:550.824.05 DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-356-366
О ПРОГНОЗИРОВАНИИ МАЛОАМПЛИТУДНОЙ НАРУШЕННОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
М.В. Писаренко, О.В. Тайлаков, С.В. Соколов, А.А. Колмакова
Прогнозирование дизъюнктивных нарушений амплитудой до 10 м является одним из наиболее трудных видов прогноза ввиду незначительного объема информации о геологии объекта эксплуатации, получаемой на стадии геологоразведки и при проведении подготовительных выработок. Повышение качества прогноза, выполняемого при подготовке выемочного участка к отработке, заключается в использовании комплекса методов: геологического, горно-геометрического и геофизического, позволяющих расширить спектр представлений о геологии объекта. Рассматривается реализация предлагаемого подхода на примере реального горного объекта.
Ключевые слова: дизъюнктивное нарушение, геологический прогноз, горногеометрический прогноз, геологические аномалии, сейсмическое просвечивание.
Эффективность и безопасность отработки угольных месторождений определяется качеством геологической информации, на основе которой принимаются любые решения в области разработки недр. Представления о геологии объекта эксплуатации формируются на стадии проведения геологоразведочных работ и уточняются по мере развития горных работ. Одним из важнейших факторов, определяющих эффективность, промышленную безопасность и полноту выемки запасов, является геологическая нарушен-ность угольных пластов и потенциальное состояние пород кровли угольного пласта. Установлено, что при проведении геологоразведочных работ выявляются разрывные нарушения амплитудой более 10 м, которые учитываются при проектировании горных работ. Основная же часть геологических нарушений - около 90 % [1], представляющих собой мелкоапли-тудные нарушения до 10 м, геологоразведкой не выявляется. Непредвиденная же встреча горными выработками дизъюнктивных нарушений существенно осложняет ведение очистных работ, снижает уровень промышленной безопасности, требует проведения незапланированных ра-
