Розмив породи струменем води гідромонітора є одним з найважливіших елементів гідравлічної розробки родовищ. Дослідженнями і досвідом робіт встановлено, що продуктивність розробки залежить від якості гідромоніторної струменя.
Основне призначення струменів в гідромеханізації - руйнування грунтів, різних гірських порід і покладів корисних копалин. Гідравлічні струменя для гідромеханізації створюються гідромоніторами. Остаточне формування струменя в гідромонітором здійснюється насадкою - коротким коноідальним патрубком, що закріплюється на кінці стовбура гідромонітора. Якість і структура гідромоніторної струменя визначаються тиском перед гідромоніторної насадкою, діаметром вихідного перетину насадки, профілем насадки, якістю обробки її і умовами підведення води до насадки.
Для розробки родовищ застосовуються гідромоніторного струменя великих діаметрів - 50-200 мм при виході з насадки з напором води перед насадкою 20-180 м.
З урахуванням конструктивних особливостей гідромонітор поділяють наступним чином: за способом управління - на керовані вручну і дистанційно; за умовами роботи - на гідромонітор далекого і ближнього бою; по робочому натиску - на низьконапірні (тиск до 1,2 МПа) і високонапірні (тиск понад 1,2 МПа) (табл. 7.4).
В даний час на підприємствах гідротехнічного будівництва та гірничодобувної промисловості створені високопродуктивні гідромонітор з дистанційним електричним управлінням: ГМ-350 (кугу-350); ГМ-500 (кугу-500); ГМСД-300; ГМСДШ-300; ГМСДШ-500 і ін. Останні мають вхідний діаметр нижнього коліна 500 мм і витрата води 6000 м3 / год. Гідромонітори встановлені на самохідному (ГМСД-300, ГМСД-500) або крокуючому ходу (ГМСДШ-300, ГМСДШ-500).
Гідромонітором керують з пульта при візуальному спостереженні. Насадки забезпечують остаточне формування водяного струменя гідромонітора. Для ефективного формування та створення більшої швидкості вильоту струменя застосовують конічні сходяться насадки з циліндричним ділянкою на кінці (табл. 7.5).
Велику роль у формуванні структури струменя грає повітря. Чим менше діаметр струменя, тим більше її відносна поверхню і тим більший вплив робить повітря на її рух. При великих швидкостях струменів обмін між повітряним середовищем і рідиною струменя стає активним, повітря у великій кількості захоплюється в рух і вплив його на стан струменя стає настільки значним, що струменя високих і надвисоких тисків швидко розпадаються в повітрі.
Відповідно до породами, такими, що підлягають розмиву, встановлюють оптимальне осьовий динамічний тиск струменя на забій. Для щільного суглинку воно дорівнює 0,63-0,68 МПа, щільних трудноразмиваемих глинистих порід - 0,8 МПа, напівскельних порід - 0,87 МПа. За оптимальному осьовому динамічному тиску знаходять необхідний питома витрата напірної води (табл. 7.6) і розраховують витрату води, що забезпечує задану продуктивність об'єкта по гірничій масі.
При тиску перед насадкою близько 60 МПа і вище швидкість витікання рідини стає рівною або більшою за значенням, ніж швидкість поширення звуку в повітрі. При такій швидкості виникають особливі явища, такі як розрив суцільності підтікає до струменя повітря і утворення в зв'язку з цим вакуумних областей. Умови турбулентного перемішування в товщі струменя змінюються. Струмені високого і надвисокого тиску мають величезну руйнівну силу. Вони ріжуть тверді (вивержені) породи і навіть сталь.
Струмені високого і надвисокого тиску застосовують при видобутку корисних копалин гідравлічним способом і в інших випадках, коли виникає необхідність руйнування дуже міцних порід. Діаметр струменя на всьому протязі початкового ділянки, т. Е. Від виходу з насадки до кінця ядра, можна приймати однаковим і рівним діаметру вихідного отвору насадки d0. Далі діаметр струменя починає збільшуватися.
Довжина початкової ділянки може бути визначена за формулою
де d0 - діаметр насадки, м.
Висота і дальність польоту гідромоніторних струменів мають велике практичне значення при визначенні місця розташування гідромонітора в кар'єрі по відношенню до забою.
Висота підйому, м, спрямованої вгору струменя без урахування опору повітря визначається за виразом
де Vo - швидкість струменя біля виходу з насадки, м / с,
де g - прискорення вільного падіння (g = 9,81 м / с2); # 966; - коефіцієнт швидкості, приймається рівним 0,92-0,96.
Діаметр насадки, м,
де Qв.с - витрата води через насадку (подача насосної станції), м3 / с; H0 - необхідний натиск на насадці гідромонітора, м.
Відповідно до отриманого значенням dн підбирають насадку з числа виготовлених промисловістю діаметром dст (стандартним).
Протяжність компактної частини струменя, м, визначається за формулою
де # 946; = 0,75 / 0,85.
При розмиванні грунтових масивів великої потужності (наприклад, при розкривних роботах) висота розробки може бути більше 100 м. В даному випадку розробку слід вести уступами; висоту уступу зазвичай приймають в межах 20/35 м. При цьому ствол гідромонітора зазвичай розташований горизонтально або піднятий. Горизонтальна дальність польоту струменя визначається за формулою
З формули видно, що максимальна теоретична дальність польоту струменя досягається при нахилі стовбура гідромонітора до горизонту під кутом # 945; = 45 ° (в дійсності через вплив повітря приблизно 30-35 °).
Доцільно, якщо дозволяють умови, розташовувати гідромонітор якомога ближче до забою. Неефективно розмивати грунт зруйнованої частиною струменя. Необхідно прагнути до того, щоб струмінь досягала розробляється масив своїй компактній частиною [см. формулу (7.17)].
Розмивний гідромоніторної струменем грунтової або гірський масив є важкою перешкодою для струменя, на руйнування якої витрачається її енергія, при цьому струмінь повністю розпадається і являє собою потік крапельок в повітрі.
де h к - втрати напору в колінах і шарнірах, м,
де kп.н - коефіцієнт втрат напору в гідромонітором (kп.н = 14); h н - втрати напору в насадці, м,
де # 945; - коефіцієнт наближення гідромонітора до забою (при ручному управлінні гідромонітором # 945; = 0,8 / 1,1, при дистанційному - # 945; = 0,3 / 0,4); Hy - висота уступу, м.
При бічному розмиванні lmin можна зменшити на 20-25% при ручному управлінні гідромонітором.
Максимальна відстань, м, визначають за довжиною основної ділянки струменя:
де dст - діаметр стандартної насадки, м; Нг - натиск на виході з насадки гідромонітора, м.
Крок пересування, м, гідромонітора
Вважаючи lmax і Hy величинами постійними, досліджуємо функцію на екстремум по аг:
Трудомісткість і тривалість перестановки гідромонітора визначають відповідно до нормативів в залежності від його типу. Для установки гідромонітора масою до 0,5 т з допомогою трактора витрачається 2 ч, ручної лебідки - 2,6 ч. При добре організованій роботі сумарні витрати часу на демонтаж, перестановку і монтаж гідромонітора не повинні перевищувати 4-5 год.
Обсяг породи, м3, що розробляється з однієї стоянки (позиції) гідромонітора:
де Aг - ширина заходки гідромонітора, м,
Тривалість, ч, одного циклу гідромоніторного розмиву
де Qе.г - експлуатаційна продуктивність гідромонітора по розмиву породи, м3 / год; витребування, tп і tм - тривалість відповідно демонтажу, перестановки і монтажу гідромонітора, ч.
Число одночасно діючих гидромониторов встановлюють після визначення необхідного діаметра насадки. Коли розрахункове значення діаметра насадки більше стандартного, останнім підбирають з таким розрахунком, щоб воно було приблизно кратним dн. Виходячи з цього, знаходять число одночасно діючих гидромониторов.
Рух гідросуміші від вибою до зумпфа відбувається по ухилу, створюваному в процесі ведення гірських робіт. При русі від забою до зумпфа гідросуміш прагне стікати розосередженими потоками, що мають невелику глибину. Розосереджений потік не в змозі переміщати великі шматки ґрунту і вони залишаються на підошві забою. В результаті відбувається зменшення ухилу і швидкості потоку, що призводить до різкого зниження транспортує здатності потоку. У підошві забою з потоку починають відкладатися навіть дрібні частинки грунту і відбувається замиву робочого майданчика.
Для запобігання цьому необхідно, щоб потік пульпи був зосередженим, а ухили підошви забою забезпечували б необхідні швидкості руху, при яких потоком переміщалася найбільшу кількість грунту. Створення зосередженого потоку досягається пристроєм в підошві робочого майданчика забою пульпоотводной канави, що розташовується зазвичай так, щоб забезпечити транспортування пульпи по найкоротшому шляху від забою до зумпфа.
При роботі в забої декількох гідромоніторів необхідно прагнути до того, щоб потоки пульпи від кожного гідромонітора об'єднувалися в єдиний потік і потрапляли в пульпоотводную канаву на можливо близькій відстані від місця розмиву грунту в забої.
Пристрій пульпоотводних канав зазвичай виконується струменем гідромонітора, екскаватором або бульдозером.
Ухил канави, так само як і підошви робочого майданчика забою, залежить від типу грунту, що розробляється і змісту великих часток. Чим більше грунт, тим більше повинен бути ухил канави і майданчики. Ухил канави і майданчики залежить також від витрати пульпи і змісту в ній грунту. Зі збільшенням витрати пульпи густої консистенції необхідні великі ухили, ніж при транспортуванні рідкої пульпи.
При зміні висоти уступу змінюються і мінімально допустимі ухили майданчиків уступу. Це пояснюється тим, що зі збільшенням висоти уступу зменшуються питомі витрати води на розмив грунту і, таким чином, підвищується консистенція пульпи, в результаті чого транспортує здатність потоку знижується і для підтримки її необхідно збільшення ухилів пульпоотводной канави.
Зі збільшенням ухилів підвищується і продуктивність змиву грунту. Однак в цьому випадку різко зростає обсяг недомива, тому при відсутності попутних ухилів швидкість потоку не слід підвищувати за рахунок збільшення ухилу понад мінімально допустимого. Особливо це неприпустимо при проведення профільних виробок.
Створення більшої швидкості потоку слід забезпечувати за рахунок наступних заходів:
• збирати в один зосереджений потік пульпу, що стікає від забою;
• не допускати засмічення канави великими каменями, корінням рослин і т. П .;
• періодично прочищати канаву струменем гідромонітора з метою підтримки необхідного ухилу.
Висота уступу має великий вплив на ефективність розробки грунту: зі збільшенням висоти уступу підвищується інтенсивність розмиву, знижується питома витрата води, збільшується обсяг змиву грунту з однієї стоянки гідромонітора. Однак за умовами безпеки відповідно до Єдиних правил безпеки при розробці родовищ корисних копалин відкритим способом висота уступу не повинна перевищувати 30 м.
Робочий кут укосу уступу висотою до 20 м з однорідних необводнених грунтів при зсувній характер обвалення по поверхні ковзання, близькою до циліндричної, становить для грунтів: глинистих - 60-75 °, суглинних - 55-70 °, піщаних - 50-60 °.
У міру розробки заходки блоками землесосними установку періодично переміщують до забою на відстань, рівну кроку пересування (рис. 7.18).
Крок пересування установки, м,
де # 916; h - висота недомива, м; i - ухил підошви забою, частки од.
Найбільша висота недомива # 916; h при розробці профільних виїмок не повинна перевищувати 1,5-2 м. Недом грунту перед перерозподілом установки зачищають бульдозером або екскаватором і змивають в зумпф (рис. 7.19).
Обсяг недомива, м3,
Зазвичай крок пересування становить 50-75 м для піщаних 100-150 м для глинистих ґрунтів. Пересувку землесосної установки виробляють бульдозерами після підготовки майданчика. Пересування гідромонітора повинна бути частою, але відстань пересування повинно бути не менше 6 м, т. Е. Кратним довжині ланки труби.
Ухили пульпоотводних канав i приймають в залежності від типу грунту, що розробляється і водопроізводітельності гідромонітора (див. Табл. 7.6).
Інші новини по темі: