Общие сведения

Способ механизации горных работ, при котором все или основная часть операций технологического процесса осуще­ствляется за счет энергии движущегося потока воды, называет­ся гидромеханизацией.

Впервые подземный гидравлический способ добычи угля был разработан и осуществлен группой советских инженеров и уче­ных под руководством В. С. Мучника. Опытные работы по раз­рушению угля напорной струей воды и транспортированию угольной гидросмеси проводились в 1936–1937 гг. на Урале. В послевоенные годы развернулись также работы по гидрораз­мыву и гидротранспортированию в отвалы вскрышных пород на карьерах.

При гидравлической добыче применяются гидравлический, механогидравлический и взрывогидравлический способы разру­шения полезного ископаемого.

При гидравлическом способе вода высоконапорным насосом по водоводу подается к гидромонитору, из насадки которого выбрасывается струя воды под большим давлением (до 16 МПа), которая разрушает некрепкий уголь и некрепкие по­роды.

Размытые уголь или порода образуют вместе с водой гидросмесь, которая транспортируется самотеком по металли­ческим желобам (или по почве) с уклоном не менее 0,05 к ка­мере гидроподъема (думпфу). При этом соотношение твердой. (Т) и жидкой (Ж) фаз по объему, называемое консистенцией гидросмеси, составляет обычно 1/4–1/10.

Гидроподъем угля из неглубоких шахт производится углесо­сами, а из глубоких (более 400 м) –эрлифтами. Затем по тру­бопроводам гидросмесь поступает на обогатительную фабрику. Отработанная вода из обогатительной фабрики поступает в си­стему отстойников, а из них – в резервуар осветленной техни­ческой воды. Благодаря этому вода используется многократна в замкнутом цикле. Потери воды периодически компенсируются из шахтного водопровода или путем естественного притока шахтных вод.

На открытых горных работах гидросмесь из зумпфа перека­чивается по трубам грунтонасосами (землесосами) к месту укладки – гидроотвалу.

При отстаивании в гидроотвале вода отделяется от породы, осветляется и подается к насосной станции для повторного ис­пользования.

Горная порода разрушается потоком воды, притекающим к всасывающей трубе, и при разработке забоя плавучим земле­сосным снарядом (землесосом).

Преимущества гидромеханизации, благодаря которым она получила распространение в горном деле при подземной и от­крытой разработках полезных ископаемых: высокая производи­тельность труда; возможность попутного обогащения полезного ископаемого; относительная простота и малооперационность технологического процесса; отсутствие пылеобразования; низкаяс стоимость и малые размеры оборудования.

Механогидравлический способ предусматривает разрушение угля или некрепкой породы механическим способом (исполни­тельными органами механогидравлических комбайнов), а смыв разрушенной горной массы из забоя — водой, подводимой к ком­байну при давлении около 5 МПа. Механогидравлический спо­соб получил распространение при выемке крепких углей, когда использовать гидромониторы нецелесообразно. К этому способу можно отнести выемку пород на открытых работах землесосны­ми снарядами, снабженными рыхлителями.

Взрывогидравлический способ предусматривает разрушение полезного ископаемого или породы с применением буровзрыв­ных работ, а транспортирование разрушенной горной массы — смывом водой под давлением.

Этот способ в настоящее время не получил широкого распро­странения и применяется иногда на подземных рудниках.

ГИДРОМОНИТОРЫ

Гидромониторы, представляющие собой устройства для фор­мирования напорной струи и управления ее полетом с целью разрушения и смыва горных пород, классифицируют по следую­щим признакам:

по области применения – для подземных и открытых гор­ных работ;

по способу управления – с ручным, дистанционным и про­граммным управлением;

по способу перемещения – несамоходные (передвигаемые на салазках вручную, посредством гидропередвижчиков, лебедка­ми, тракторами и другими способами) и самоходные, имеющие гусеничные или шагающие органы перемещения.

Гидромониторные струи разделяют на низконапорные (до 1 МПа), средненапорные (от 1 до 5 МПа), высоконапорные (от 5 до 50 МПа) и сверхвысоконапорные (более 50 МПа).

На открытых горных работах промышленное применение получили средненапорные струи с давлением 1,5–3 МПа, а на гидрошахтах – высоконапорные струи с давлением 12–16 МПа.

Для формирования струи, выходящей из ствола гидромони­тора, служат насадки, представляющие собой фасонные трубки из стального литья со шлифованной внутренней поверхностью в форме конуса, переходящего плавно в цилиндр.

К основным техническим характеристикам гидромониторов можно отнести: рабочее давление воды (МПа), расход воды (м³/с), диаметр канала проточной части гидромонитора (мм), диаметр насадок (мм), угол поворота ствола (градус), вид управления, размеры и масса.

Гидромониторы ГМДЦ-4 (рис. 4.1) предназначены для гидроотбойки угля в очистных и подготовительных забоях при разработке пластов мощностью более 0,8 м с углами падения более 6°.

Основанием гидромонитора являются салазки 12, на кото­рых закреплена труба 22 напорного водовода диаметром 100 мм для подвода к стволу гидромонитора воды под давлением. На вертикальном участке 11 подводящей трубы установлена головка с крестовиной 13, которая дает возможность пово­рачиваться стволу 4 в горизонтальной плоскости. Поворотная головка имеет две полые цапфы 3, вокруг которых могут вра­щаться бобышки 14 и осуществлять поворот ствола 4 в верти­кальной плоскости. К поворотным бобышкам 14 прикреплены два обводных канала 23 для подвода воды к стволу 4 гидромо­нитора. В стволе имеется гидравлический сотовый успокои­тель 5, который разделяет с помощью продольных ребер поток воды на несколько параллельных потоков меньшего сечения. Это способствует формированию компактной водяной струи. Насадка 7 крепится к конусной части ствола 6 накидной гай­кой 8.

Ствол гидромонитора с помощью гидродомкрата 15 и зубча­того сектора 10 может поворачиваться в горизонтальной плос­кости на угол 90°, а при перестановке фиксирующего пальца — до 210°. Гидродомкратом 9 ствол может поворачиваться вверх на 80° и вниз на 20°.

Маслостанция для дистанционного управления состоит из насоса 2 с приводом от гидравлической турбины 17, масляного бака 19, фильтра 20 и контрольно-измерительной аппаратуры. Турбина приводится в действие водой, которая подается по на­порному рукаву 21 от гидромонитора. Рукава 18 (напорный и сливной) соединяют маслостанцию с-пультом дистанционного управления 1, закрепленным на винтовой стойке в 8—10 м от забоя. Рукава 16 соединяют маслостанцию с гидродомкратами 9 и 15 поворота ствола гидромонитора.

Гидромонитор ГПД12-5 работает в тех же условиях, что и гидромонитор ГМДЦ-4, но рабочее давление воды у него ниже (до 12 МПа).

Гидромонитор 12ГД-2 имеет большие диаметры наса­док, больший расход воды и соответственно большие габариты и массу комплекта.

Создан самоходный (на гусеничном ходу) гидромонитор 12ГП-2, рассчитанный на давление воды до 12 МПа. Управле­ние гидромонитором полуавтоматическое с дистанционным изменением программы. Скорость передвижения гидромонитора До 2,5 м/мин. Масса —3200 кг.

Готовится к производству гидромонитор 16ГД с рабочим давлением воды до 16 МПа и с дистанционным управлением. Диаметры насадок составляют 22; 25 и 28 мм. Общая масса — 550 кг.

Производительность гидромониторов для гидрошахт состав­ляет 30—60 т/ч для углей средней крепости и 50—100 т/ч — для некрепких углей.

В гидромониторах, применяющихся на открытых горных работах, используют насадки диаметром 52—200 мм.

При работе на гидромониторах необходимо соблюдать сле­дующие правила безопасности:

проводить работы по гидроотбойке с разрешения горного мастера или другого лица технического надзора, имеющего на это право;

при давлении воды свыше 3 МПа применять гидромониторы только с дистанционным управлением;

на открытых горных работах не допускается установка гид­ромониторов вдоль откосов и неукрепленных вертикальных сте­нок в пределах призмы обрушения породы;

при подземных горных работах гидромониторщику следует находиться в надежно закрепленном безопасном месте и рабо­тать только при исправном оборудовании и хорошем освеще­нии;

не допускать одновременного двустороннего размыва заходки встречными струями двух гидромониторов, установленных в соседних забоях;

для исключения несчастных случаев, вызванных разрывами гидромониторов, запорной арматуры и трубопроводов, не до­пускается превышение давления, установленного инструкцией по эксплуатации;

запрещается работать на гидромониторе с неисправным манометром или без него;

при отсутствии воды в напорном трубопроводе необходимо плотно закрыть задвижку, выяснить причину отсутствия воды и после устранения неполадок или отказов получить разреше­ние на дальнейшее производство работ;

ремонт и подготовку высоконапорного водовода к работе производить при закрытой задвижке;

по окончании работы выключать все оборудование.

МЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

На гидрошахтах для проведения подготовительных вырабо­ток, осуществления нарезных и очистных работ короткими за­боями на пластах средней мощности с углами падения до 15° применяется комбайн со стреловидным исполнительным орга­ном К56МГ с гидросмывом разрушенной горной массы.

Производительность комбайна – 2,25 т/мин, расход воды – 100 –150 м³/ч, давление воды – 1–1,15 МПа. Комбайн прово­дит выработки высотой 1,9–2,5 м, шириной 2–3,4 м; мощность разрабатываемых пластов – 1,8–2,5 м; масса комбайна – 12,7 т.

Комбайн может работать по углям с сопротивляемостью резанию до 250 кН/м и присекать породы с коэффициентом кре­пости f ≤ 4 до 30% от площади забоя и абразивностью до 5 мг. Размеры выработки вчерне – 4–8,5 м².

Для дистанционного управления гусеничным ходом комбай­на, его исполнительным органом и вспомогательными механиз­мами применяется аппаратура дистанционного управления ПДУ, изготавливаемая заводом «Гидромаш» в г. Новокузнецке Применение переносного пульта для дистанционного управле­ния комбайном позволяет находиться машинисту в безопасном закрепленном пространстве на расстоянии 8—12 м от комбай­на (в пределах видимости).

Копейским машиностроительным заводом им. С. М. Киро­ва выпускается для гидрошахт комбайн «Урал 38», который предназначен для проведения нарезных выработок и очистных работ.

Вода для гидросмыва отбитого угля и гидротранспортирова­ния его самотеком по почве пласта подводится к коронке стре­лы под давлением до 3 МПа.

Производительность комбайна до 2 т/мин. Комбайн может проводить выработки с площадью сечения от 1,6 до 5,4 м² по углю с сопротивляемостью резанию до 200 кН/м с углом накло­на до 15°. Расход воды на гидротранспортирование – 150–300 м³/ч. Масса комбайна – 9,8 т. Комбайн снабжен пультом дистанционного управления.

Для подводной разработки пород гидравлическим способом применяются землесосные снаряды — плавучие землесосно-транспортирующие машины непрерывного действия.

Плавучий землесосный снаряд представляет собой судно с надстройкой (рис. 4.3), имеющее: рыхлитель 1, раму 2 рых­лителя, канат 3 подвески рамы рыхлителя с подъемной лебед­кой 14, стрелу 4 с подвеской 5, двигатель 6 рыхлителя, всасы­вающий патрубок 7, грунтовый насос 8, двигатель 9 грунтово­го насоса, напорный пульпопровод 10.

Силовое оборудование землесосных снарядов может быть электрическим и дизельным.

По производительности Q (м³/ч) земснаряды делятся на три группы: малой мощности Q ≤ 100 м³/ч, средней Q = 100÷500 м³/ч и большой Q≥500 м³/ч.

Земснаряды, применяемые на открытых горных работах, имеют обычно электропривод.

Технические данные плавучих землесосных снарядов, вы­пускаемых отечественной промышленностью, приведены ниже.

Грунтонасосами породы разрушаются за счет энергии пото­ка воды, засасываемой насосом. Необходимая скорость транс­портирования для песка составляет 0,35—0,7 м/с, для гравия – более 2,5 м/с.

Для разработки пород с каменистыми включениями исполь­зуют фрезерные рыхлители.

Для удержания земснаряда на рабочем месте и осуществле­ния его рабочих перемещений служат свайный аппарат 11 с лебедками 12 лебедки поворота 13 и канаты 15 с якорями, при помощи которых производятся веерообразные перемещения всасывающего устройства и поступательное движение земсна­ряда. Лебедки поворота одновременно служат для создания давления на фрезерном рыхлителе.

Рис. 4.3. Схема плавучего землесосного снаряда