Введение к работе
Актуальность темы. Российская Федерация располагает значительными запасами сапропеля. Ежегодный прирост сапропелевых отложений в озерах составляет 1x10 м . Разнообразие состава и свойств, значительные геологические запасы, широкая распространенность и относительная простота добычи и переработки делают сапропель ценным источником органического сырья и указывают на перспективы его использования в сельском хозяйстве, промышленном производстве и медицине.
В настоящее время эксплуатация озерных сапропелей в более широких масштабах не вызывает ни у кого возражений ввиду того, что сельское хозяйство недополучает необходимого объема удобрений. При этом Россия обладает уникальными запасами возобновляемых образований для получения органических удобрений - озерными сапропелями.
При разработке озерных сапропелевых месторождений обеспечивается, наряду с добычей органического вещества и возможностью его использования во многих направлениях народного хозяйства, возможность восстановления гидрологического режима с обеспечением пресной водой прилегающих территорий, что является отличительной чертой разработки сапропелей.
Разработка месторождений сапропеля способствует восстановлению озер, поэтому работы по добыче сапропеля имеют также существенную экологическую направленность.
Прогрессирующее развитие процессов заиления озер требует разработки неотложных мер по их восстановлению с решением ряда задач по рациональному использованию озерных отложений. Наращивание объемов добычи сапропелей требует создания природоохранных технологий, обеспечивающих полноту извлечения запасов и качество добываемого сырья.
Удаление избытка влаги традиционно осуществляется в специальных чеках-отстойниках в течение длительного периода с выполнением большого объема земляных работ и значительными финансовыми затратами. Добытая из озера сапропелевая масса, размещаемая в прибрежной зоне, за теплый период года успевает засориться сорняками растений с неизбежной потерей качества и существенным ограничением возможности его дальнейшего использования. Осаждение сапропелевой гидросмеси в центрифугах, гидроциклонах, сепараторах, а также электроосмос, и другие достаточно дорогостоящие способы, требуют сложного аппаратурного оформления. Кроме того, возможны частые вынужденные простои техники вследствие абразивного износа, необходим постоянный технологический контроль и оперативное изменение режимов работы оборудования при изменении состава и характеристик
подаваемого сапропеля. В свою очередь обезвоженный сапропель должен быть оперативно доставлен потребителю, так как при его размещении на открытых площадках предприятия возможно повторное обводнение атмосферными осадками.
Поэтому особо остра и другая важная проблема - интенсификация процесса снижения влажности сапропелей в промышленных условиях.
Применение геотекстильных контейнеров для снижения влажности сапропелей, не требующих значительного отчуждения прибрежных земель под производство работ и повышающих качество готовой продукции, может в значительной степени решить эту серьезную и актуальную проблему.
Однако, в научной литературе явно недостаточно исследований и публикаций, посвященных способу интенсификации процесса снижения влажности сапропелей в геотекстильных контейнерах.
Таким образом, обоснование рациональных параметров технически возможной, экологической и экономически целесообразной разработки месторождений озерных сапропелей и снижения их влажности в геотекстильных контейнерах для обеспечения минимальных потерь полезного ископаемого является актуальной научной задачей.
Диссертация выполнена в рамках федеральных программ приоритетных направлений 7.10 и VII.63 - «Создание основ природоохранной гидромеханизированной технологии добычи торфа из обводненных месторождений для производства торфяной продукции энергетического и технологического назначения».
Целью работы является обоснование рациональных параметров технологии гидромеханизированной добычи сапропеля, обеспечивающих полноту извлечения органоминерального сырья и снижение его влажности в геотекстильных контейнерах.
Идея работы заключается в том, что параметры, обеспечивающие эффективность разработки обводненных сапропелевых месторождений средствами гидромеханизации, следует определять с учетом специфических свойств сапропелей, таких как зольность и содержание органики.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Для обеспечения минимальных потерь сапропелевых месторождений при
сохранении стабильной производительности землесосного снаряда разработку залежи
необходимо вести траншейным способом по параметрам, определяемым с учетом
времени оплывания откосов траншеи. Длина и ширина заходки, рассчитанные по
установленным зависимостям, способствуют снижению потерь сапропеля на 8-10%
при его извлечении.
2. Установлены зависимости предельно допустимых значений плотности
гидросмеси у"рщ (т/м ), минимального расхода воды q ( м /м ) и определены области
рациональных значений указанных параметров из условия эффективности и целесообразности энергозатрат на гидротранспорт сапропелевой гидросмеси от основных свойств сапропелей в залежи (содержания органики, зольности и относительной влажности).
3. Производительность землесосного снаряда по грунту при разработке сапропелевых месторождений определена как функция взаимозависимых параметров: специфических физико-механических свойств разрабатываемых сапропелей, удельного расхода воды и концентрации гидросмеси. Увеличение объемной концентрации гидросмеси на 10% от исходного приводит к повышению производительности земснаряда на 8-10% в зависимости от физико-механических свойств разрабатываемых сапропелей.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждаются: 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, средств гидромеханизации, обработку результатов исследований с помощью статистических методов и ЭВМ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
сформирована структура комплексной гидромеханизации при разработке обводненных сапропелевых месторождений, которая позволяет упростить выбор схемы комплексной механизации для конкретных условий;
установлена зависимость эксплуатационных потерь запасов от физико-механических характеристик сапропелевой залежи при траншейном способе разработки;
установлена область рациональной плотности гидросмеси при разработке сапропелей землесосными снарядами с грунтовыми насосами.
Научное значение работы заключается:
- в теоретическом обосновании значений плотности гидросмеси в зависимости
от относительной влажности W0, содержания органики / и зольности сапропеля Ас в
залежи из условия эффективности и целесообразности энергозатрат на гидротранспорт сапропелевой гидросмеси;
- в установлении эмпирической зависимости относительной влажности
сапропеля от времени снижения влажности в геотекстильных контейнерах в теплый
период года.
Практическое значение работы состоит в разработке методики расчета параметров траншейного способа гидромеханизированной разработки сапропелевых
месторождений, позволяющего повысить полноту извлечения запасов органоминерального сырья и продлить срок службы действующих сапропеледобывающих предприятий, а также «Рекомендаций по снижению влажности сапропеля в геотекстильных контейнерах», обеспечивающих сокращение времени обезвоживания.
Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная методика определения параметров траншейного способа гидромеханизированной добычи сапропелей принята к использованию в Научно-производственном объединении «Гольфстрим» при проектировании карьеров на сапропелевых месторождениях и очистки прудов от илистых отложений.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры ТО МГГУ, на международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2011-2013 гг.), на VI Съезде гидромеханизаторов России (Москва, 2012 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 8 печатных трудах, в том числе 5 научных статьях, опубликованных в изданиях, входящих перечень ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 115 наименований и приложений, включает 53 рисунка, 28 таблиц.
