Введение к работе
Актуальность работы. На угольных разрезах, когда для разработки четвертичных вскрышных пород применяются гидромониторно-землесосные комплексы, в пляжной зоне гидроотвала отчетливо наблюдается песок и гравий. Геологическая информация в проектах разработки угольных месторождений также подтверждает наличие строительных материалов, при этом их литологический состав, физико-механические свойства и количественная оценка обычно не приводятся. При разведке угольных месторождений геолога не рассматривают возможность добычи песчано-гравийных отложений из-за ограниченности запасов или засоренности глинистыми частицами.
Если рассматривать всю последовательность технологических процессов гидровскрышных работ (гидромошггорный размыв породы, транспортирование гидросмеси до зумпфа, проход ее через рабочее колесо землесоса и дальнейшее напорное транспортирование пульпы в турбулентном потоке) как распределенный во времени и пространстве дезинтегратор, можно предположить, что подавляющая масса ила и глины, обволакивающие отдельные зерна песка и гравия, будет диспергирована. В таком случае необходимо обосновать параметры технологии ведения гидровскрышных работ с извлечением строительных материалов и оценить ее эффективность. При этом решается вопрос не только о формировании ресурсов, комплексном использовании потенциала недр, но и о снижении экологической нагрузки в регионе, так как не потребуется эксплуатация специального карьера для добычи песка и гравия. Проведенная экспертная оценка объемов песчано-гравийных пород, находящихся во вскрышных породах ряда угольных разрезов, показала наличие там около 800 млн. м3 песка и свыше 500 млн. м3 гравия. Вышеизложенное позволяет считать исследования в данном направлении актуальной научной задачей.
Целью работы является обоснование параметров гидровскрьшшых работ с включением обогатительных процессов для выделения песка и гравия из
гидросмеси четвертичных вскрышных пород угольных разрезов, обеспечивающих полноту извлечения запасов недр.
Идея работы заключается в том, что технологические процессы гидромеханизированного способа разработки вскрьшш могут быть использованы как обогатительные для выделения песка и гравия из гидросмеси четвертичных пород.
Объектом исследования являются параметры процессов гидровскрьшшых работ с извлечением песка и гравия при применении гидромониторно-землесосных комплексов на угольных разрезах, осуществляющих разработку четвертичных вскрышных пород, содержащих этот вид строительных материалов.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Производительность гидрокомплекса по твердому при применении
технологии ведения гидровскрьшшых работ с извлечением песка и гравия
определена как функция взаимозависимых параметров: физико-механических
свойств разрабатываемых пород (группы пород), величины давления воды на
насадке гидромонитора (удельного расхода воды, концентрации гидросмеси) и
диаметра пульповода (критической скорости движения гидросмеси). При этом
величина давления воды на насадке гидромонитора в горнотехнических
условиях разреза определяет параметры систем водоснабжения,
гидротранспортирования и производительность гидрокомплекса по песку и
гравию.
2. При извлечении гравия из гидросмеси вскрышных пород,
поступающей по системе напорного гидротранспорта на конический
гидрогрохот, выход надрешетного продукта аппроксимирован линейной и
квадратичной зависимостями. Они представлены в виде функций, аргументом
которых является величина (Кос + К'Р), учитывающая содержание в исходном
(вскрыше) гравия (а) и песка ф), а также коэффициенты К и К', зависящие от
диаметров гидрогрохота и его перфорации.
3. Технология ведения . гидровскрышных работ с включением обогатительных процессов обеспечивает экономически целесообразное извлечение из четвертичных пород песка и гравия при их содержании более 3,2-3,8%.
Научная новизна исследований:
-установлена зависимость производительности гидрокомплекса по твердому от физико-механических свойств разрабатываемых пород, величины давления воды на насадке гидромонитора, концентрации гидросмеси и диаметра пульповода, которая определяет объем добычи песка и равия;
-установлены зависимости выхода гравия при классификации гидросмеси четвертичных вскрышных пород в коническом гидрогрохоте от величины содержания песка и гравия.
Методы исследований. В работе использован комплекс методов: обобщение материалов ранее выполненных работ; экспертный анализ; анализ опыта гидромеханизированной добычи песка и гравия; методы прикладной математики и математической статистики и технико-экономический анализ с использованием стоимостных параметров.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечиваются: корректной постановкой задач исследований; использованием широкого диапазона научных методов исследований, включающих анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, аналитические исследования с использованием основополагающих положений механики, гидравлики, гидромеханизации, экономико-математического моделирования и обработки результатов исследований с помощью статистических методов; представительным объемом вычислений, проводимых по надежно апробированным методикам; удовлетворительной сходимостью результатов качественно-количественного анализа гидроклассификации в коническом гидрогрохоте и расчета по установленным зависимостям.
Научное значение работы состоит в установлении взаимосвязи между параметрами процессов гидровскрышных работ и степени их влияния на эффективность выделения песка и гравия из гидросмеси четвертичных пород для определения экономически целесообразных условий освоения этих ресурсов.
Практическое значение работы заключается в том, что разработаны методические рекомендации для обоснования параметров гидровскрышных работ с извлечением песка и гравия. Разработана методика определения эффективности и обоснования области рационального применения данной технологии для извлечения из четвертичных пород песка и гравия в зависимости от их содержания.
Реализация выводов и рекомендации. Методика расчета параметров гидровскрьшпгых работ с извлечением песка и гравия и рекомендации диссертационной работы по формированию гидрокомплекса приняты ООО «Управление проектных работ» АО «Красноярскуголь» для проектирования гидромеханизации ОАО « Разрез «Назаровский».
Апробация работы. Положения диссертационной работы докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» в 2008 - 2011 гг., на техническом совещании Сибирской угольной энергетической компании в 2009 г. и на кафедре «Технологии, механизации и организации открытых горных работ» Московского государственного горного университета в 2008-2010 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в т.ч. 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 74 таблицы, 56 рисунков и список литературы из 74 наименований.
