ЗОЛОТО

Землесосы и гидроэлеваторы для разработки золотоносной россыпи

Системы разработки

До начала разработки золотоносной россыпи проводятся дренажные работы для отвода поверхностных вод и стока излишней воды из рабочего забоя в капитальную канаву, размер которой определяется расчетом в каждом отдельном случае по максимальному расходу. Отработка россыпи начинается с зарезки первоначального забоя.

В зависимости от направления фронта очистных работ и транспортировки пульпы на промывочные приборы различают системы разработки попутными, встречными и боковыми забоями. При системах разработки попутными и боковыми забоями гидромониторы устанавливают на плотике или на поверхности россыпи, а при системе разработки встречными забоями – на плотике.

В зависимости от направления очистных работ относительно простирания россыпи каждая из трех названных систем разработки может быть продольной или поперечной.

При системе разработки попутными забоями вдоль и поперек россыпи проводят канавы для подачи пульпы к промывочному прибору. Их «роют» гидромониторами или же механическими средствами – канавокопателями, экскаваторами, бульдозерами.

При проведении канавы с помощью гидромониторов совпадение направления движения пульпы с направлением струи напорной воды при отбойке породы создает благоприятные условия для подгонки песков в канаву или зумпф, поэтому искусственная обводненность разреза при системе разработки попутными забоями меньше, чем при других системах.

Система разработки встречными забоями хороша только при уклоне плотика, достаточном для самотечного перемещения пульпы. Направление движения пульпы противоположно направлению струи гидромонитора. Применение для перекачки пульпы при недостаточном уклоне плотика гидроэлеваторов или землесосов нецелесообразно, так как это снижает производительность гидроустановки, осложняет работы и лишает систему встречных забоев ее основного преимущества – самотечного перемещения пульпы. Обводненность разреза, особенно при отсутствии необходимого уклона, больше, чем при системе разработки попутными забоями.

При системе разработки встречными забоями нет необходимости в нарезных канавах.

Систему разработки боковыми забоями применяют при разработке широких долинных россыпей отдельными разрезами. Работы ведут с опережающими встречными забоями, что способствует большой производительности гидромониторов.

Независимо от системы разработки верхний торфянорастительный слой грунта снимают бульдозерами, чтобы использовать для оттайки солнечное тепло.

Систему разработки выбирают в каждом случае в зависимости от типа россыпи, а также от геологических и горнотехнических условий.

Россыпи, сложенные каменистыми и глинистыми породами, плохо поддаются размыву напорной водой, поэтому использование гидроустановок в таких условиях малоэффективно. Тяжелые породы разрабатывают комбинированными способами, при которых, наряду с гидромониторами, применяют рыхлители или вспомогательные землеройные машины. В качестве примера можно назвать совместную работу гидромониторов и бульдозеров. Бульдозер «подбирает» и собирает в кучи добытую породу, а гидромонитор измельчает и транспортирует ее к промывочному прибору.

В вечной мерзлоте

В северных и восточных районах нашей страны – на Лене, в Магаданской области, в Забайкалье, на Амуре, где россыпи, как правило, находятся в вечномерзлом состоянии, гидравлический способ разработки с естественным напором был впервые применен сравнительно недавно.

В 1942 г. на прииске Ат‑Урях Ягоднинского района Магаданской области была построена плотина. Из созданного водохранилища по сплоткам протяженностью 15 км воду стали подавать к водонапорному баку, а оттуда к гидромониторам, с помощью которых разрабатывались пески. Напор воды составлял 5 ат, что позволяло размывать пески, транспортировать их и обогащать. Вследствие ограниченности запасов воды в первый год эксплуатации работало всего пять гидромониторов, из них три на размыве и два на хвостах.

Несмотря на сравнительно высокую производительность труда, достигаемую при разработке россыпей способом гидромеханизации, стоимость переработки 1 м³ горной массы этим способом за последние годы повысилась почти в полтора раза. Это объясняется ростом числа установок с искусственным напором при относительно высокой стоимости электроэнергии. Расходы на переработку 1 м³ вечномерзлой горной массы при естественном напоре воды в 3–4 раза меньше, чем при искусственном.

Однако при снижении стоимости электроэнергии и благоприятных гидрогеологических условиях возможности разработки вечномерзлых россыпных месторождений способом гидромеханизации будут значительно расширены, особенно в тех районах, где достаточно источников водоснабжения и экономически невыгодно применять дражный способ разработки.

Транспорт без рельсов и дорог

Вода служит также средством транспорта породы от забоя. При безнапорном гидротранспорте пески перемещают от забоя к шлюзам, зумпфам или пульпоподъемникам самотеком – по канавам, лоткам или трубам.

По грунтовым канавам, ввиду их значительных сопротивлений, пульпу транспортируют только при больших уклонах. Обычно в канавы укладывают желоба из дерева или листовой стали. При отсутствии необходимого уклона для самотечной транспортировки пульпы по лоткам и канаве породу «подгоняют» струей гидромонитора. При этом, однако, происходит чрезмерное разжижение пульпы. Кроме того, сильно возрастает расход напорной воды – это не всегда приемлемо при ограниченных водных ресурсах.

При напорном гидротранспорте до недавнего времени пульпу из разреза на шлюзы, установленные на его борту, поднимали гидроэлеваторами.

Двигатель – вода

Уже в самом термине «гидроэлеватор» расшифровано назначение этой установки – подъем водой. В основу работы гидроэлеватора положен принцип непосредственной передачи энергии одного потока другому.

Рабочей жидкостью в гидроэлеваторе служит вода, а транспортируемой – либо только вода, либо вода с твердыми частицами измельченной породы – пульпа.

Принцип действия гидроэлеватора весьма прост. Рабочая жидкость подается в трубу, оканчивающуюся насадкой. Вытекая из насадки под давлением в виде компактной струи, вода поступает в специальную камеру и, протекая по ней, увлекает за собой воздух, вследствие чего в камере создается вакуум. Благодаря вакууму, по другой трубе происходит засасывание транспортируемой жидкости в камеру, где она перемешивается с рабочей жидкостью.

Еще в 1886 г. горный инженер М. А. Шостак впервые применил гидроэлеватор при разработке золотосодержащих пород Куджертайского прииска. В. А. Ячевский писал об этом: «20 сентября 1886 г., т. е. тот день, когда впервые нам пришлось увидеть совместную работу элеватора и брызгала, бесспорно, должен быть записан блестящими буквами в историю сибирской золотопромышленности».

Конструкции гидроэлеваторов непрерывно совершенствуются. Применение этих устройств при разработке золотосодержащих россыпных месторождений очень разнообразно. Их используют для гидротранспорта, для разгрузки отсадочных машин и съемки концентратов со шлюзов, для транспортировки эфелей из‑под грохотов на отсадочные машины, для водоотлива и т. п. В зависимости от условий работы гидроэлеватор устанавливают в горизонтальном, вертикальном или наклонном положении.

При всех неоспоримых достоинствах гидроэлеваторы имеют и существенный недостаток – очень низкий коэффициент полезного действия (не более 0,2). Именно это обстоятельство вызвало необходимость создания более экономичных механизмов. В настоящее время гидроэлеваторы применяются, как правило, только при избытке напорной воды. На смену гидроэлеваторам приходят более производительные машины – землесосы.

1000 литров в секунду

Землесос – наиболее совершенная из машин, применяемых для транспортирования пульпы от забоя к обогатительным установкам. Основное преимущество землесоса по сравнению с гидроэлеватором – более высокий коэффициент полезного действия, достигающий 0,55–0,72.

Однако землесос в условиях разработки россыпей имеет и недостатки по сравнению с гидроэлеватором: при равной производительности вес землесоса в 2–3 раза превышает вес гидроэлеватора. Стоимость землесоса, а также стоимость его транспорта в отдаленные районы в несколько раз выше аналогичных расходов для гидроэлеватора. Землесос более сложен в обслуживании.

Землесос в конструктивном отношении представляет собой одноступенчатый центробежный насос, но рабочее колесо его, в отличие от колеса центробежного насоса, имеет увеличенные размеры межлопастного пространства для пропуска камней и крупных кусков породы. Корпус и рабочее колесо землесоса изготовляют, во избежание быстрого износа, из отбеленного чугуна или стали специальных сортов.

Пульпа засасывается землесосом из зумпфа, объем которого определяется наибольшей производительностью гидравлической установки. Если для подачи пульпы на промывочный прибор напора одного землесоса недостаточно, устанавливают два землесоса (последовательно). При разработке россыпей применяют преимущественно землесосы марок 6НЗ, 8НЗ и ЗГМ‑2.

Обычно гидравлическая установка включает один землесос и несколько гидромониторов. Для удобства передвижения землесосы устанавливают на платформах, снабженных салазками, или на тракторных тележках, имеющих гусеничный ход; существуют также самоходные конструкции, на базе гусеничных тракторов. Наиболее часто применяют землесосные установки, смонтированные на платформах с салазками, которые передвигают с помощью трактора.

Большой интерес представляют плавучие землесосные снаряды с механическими разрыхлителями. В России первые опыты по применению земснарядов для добычи золота проводились в 1884 г. на р. Илиткан (приток р. Зеи).

Позднее, в 1909 г. землесосный снаряд был установлен на р. Сакраменто (Калифорния, США). Всасывающая труба помещалась в специальном зумпфе и ее направлял водолаз. Если встречались большие камни, водолаз откатывал их.

Плавучие землесосные снаряды, независимо от конструкции, состоят из стального, реже деревянного понтона, верхней надстройки – палубы, на которой размещены лебедки для передвижения снаряда, землесосы и их двигатели, насосы для заливки землесосов, обогатительное оборудование, пульпопроводы и др.

В качестве привода землесосных снарядов могут применяться дизельные и электрические двигатели. Всасывающую трубу землесоса, подвешенную одним концом к передней мачте, поднимают и опускают с помощью лебедки и полиспаста.

Землесосные снаряды, как и драги, работают в искусственных и естественных водоемах. Пески обогащают либо на приборах, установленных непосредственно на понтоне снаряда, либо на плавучих и береговых фабриках.

Для рыхления плотных пород землесосные снаряды имеют специальные приспособления – разрыхлители различной конструкции. Одна из таких конструкций применялась, в частности, на строительстве Куйбышевской ГЭС для рыхления плотных грунтов.

Трубы плавучего пульпопровода соединяют между собой гибкими резиновыми рукавами или с помощью фланцев с болтовым креплением. Для соединения труб диаметром до 300 мм применяют резиновые рукава, армированные проволочной спиралью, для труб больших диаметров – резиновые рукава с наружной предохранительной оплеткой. Пульпопроводы между земснарядом и береговыми пульпопроводами соединяют также резиновыми рукавами, поддерживаемыми на плаву металлическими поплавками из труб.

Землесосный снаряд работает следующим образом. Рама с разрыхлителем и всасывающей трубой опускается на забой, после чего насос нагнетает воду и включается эжектор. Одновременно начинает работать разрыхлитель. Разрыхленная порода с водой всасывается землесосом и нагнетается в пульповод, к которому присоединены обогатительные трубы.

Россыпь разрабатывают послойно. Когда вырабатывается слой породы, равный по высоте диаметру разрыхлителя, рама с разрыхлителем и всасывающей трубой опускается и отрабатывает новый слой. Таким образом россыпь обрабатывается на всю мощность.

В настоящее время для разработки глинистых пород применяются головки разрыхлителей с ножами в виде сверл, а для разработки каменистых пород – с ножами, на которые насажены зубья из хромоникелевой стали.

Землесосные снаряды разрабатывают долинные и русловые россыпи аллювиального происхождения.

Широкое применение гидромеханизации для разработки золотосодержащих россыпей Сибири и Дальнего Востока долгие годы ограничивалось двумя факторами – потребностью в электроэнергии и необходимостью иметь воду с естественным напором.

В настоящее время созданы возможности для самого широкого внедрения гидромеханизации, что обусловлено, в первую очередь, строительством на Востоке нашей страны мощных электростанций, которые «насытят» районы золотоносных россыпей дешевой электроэнергией. Для расширения области применения гидромеханизации при добыче золота важно помимо этого, оснащение приисков универсальными машинами для вскрыши торфов, а также использование для оттаивания мерзлых пород солнечной радиации.