автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Исследование производственных процессов при разработке землесосными снарядами сапропелевых месторождений с использованием нового грунтозаборного устройства

Введение

1. Состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1 Условия залегания, ресурсы и область применения сапропелей.

1.2 Анализ зарубежных и отечественных технологий добычи сапропелей средствами гццромехантащш

1.3 Анализ существующих методов и технических средств добычи сапропеля

1.4 Анализ технологий намыва и обезвоживания сапропелей

1.5 Цель, задачи и методы исследований

Выводы--------------------------------------------------------------—

2. Исследование и обоснование параметров грунтозаборного устройства земснаряда при выемке сапропелей ( илистых грунтов )—------——

2.1 Требования предъявляемые к грунтозаборному устройству с позиции производства и выполнения комплекса природоохранных мероприятий водных ресурсов-——

2.2 Конструктивные особенности исследуемого грунтозаборного устройства-—-----------------------------------------—

2.3 Взаимосвязь конструктивных параметров грунтозаборного устройства с технологическими параметрами забоя и режимом работы земснаряда

2.4 Анализ экономической эффективности применения нового грунтозаборного устройства на озере Рукавское Владимирской области——-----------------------------——

3. Новые технологические решения разработки месторождений сапропелевых илов- ■■ —

3.1 Технологическая характеристика гидрокомплексов разработки обводненных сапропелевых месторождений

3.2 Разработка сапропелей плавучими автономными модулями

3.3 Технология обеспечения полноты выемки для ускорения сроков обезвоживания обводненных сапропелей—

3.4 Система напорного гидротранспорта сапропелей

Выводы---------—--------------------------—----------------———

4. Рациональные схемы намыва и обезвоживания сапропелей

4.1 Технология устройства и параметры карт намыва

4.2 Конструкция водосбросной системы карт намыва-—-----------------—

4.3 Обезвоживание сапропелей как основа эффективности добычных работ.———--------—----------------------—.—.

4.4 Ускоренная технология обезвоживания сапропелей при помощи электроосмоса——---------------------------—----------------------------------—

4.5 Технология обезвоживания сапропелей с использованием песков

Выводы

Интерес к сапропелю не нов. Он возник еще в 1915 году,когда по инициативе академиков Н.С. Курнакова, В.И. Вернадского была создана комиссия по изучению естественных, производительных сил России(КЕПС). К началу 1919 года в составе КЕПС был образован Сапропелевый комитет, основной задачей которого являлось систематическое исследование и изучение сапропслитов, их месторождений, свойств и составных частей, способов получения из них полезных веществ и технического применения .

Тем неменее следует считать, что до настоящего времени освоение месторождений озерных сапропелей в России находится в самой начальной стадии. Вместе с тем уже сейчас известно несколько результативных направлений использования сапропелей и продуктов их переработки. Определенное повышение интереса к сапропелю связано, в частности, с тем, что в России горнодобывающая промышленность значительно снизила объемы добычи сырья на минеральные удобрения, и определенная добавка, восполняющая этот дефицит, может быть реализована за счет добычи сапропеля. Как правило, разработка полезных ископаемых приводит к значительному дисбалансу экологического равновесия и отрицательно воздействует на окружающую среду. Нарушается гидрологический режим в районах ведения горных работ, образуются значительные выемки в земной коре, происходит значительное загрязнение атмосферы. И лишь добыча сапропеля может соответствовать требованиям Закона " О Недрах который предусматривает рациональное природопользование. При разработке сапропелевых месторождений ведется добыча преимущественно органического вещества комплексного состава с возможностью многоцелевого использования, осуществляется очистка озер с восстановлением гидрологического режима, обеспечивается возможность рыборазведения в очищенных водоемах.

В общей проблеме освоения ресурсов сапропелей для различных направлений использования наиболее важным является вопрос создания и применения рациональных технологий их добычи и переработки.

Опыт разработки сапропелей землесосными снарядами показал, что достижение более высокой производительности, выполнение требований экологии по охране окружающей среды (водных ресурсов) и других показателей добычи и укладки сапропелей, в основном зависят от грунтозаборного устройства, которым оборудован земснаряд. Поэтому исследование процессов выемки сапропелей, установление взаимосвязей параметров грунтозаборного устройства с технологическими параметрами забоя с установлением области их рациональных значений (оптимальных), является актуальной научной задачей. Целью работы является решение задачи по повышению производительности землесосных снарядов, на основе исследования производственных процессов при разработке землесосными снарядами обводненных сапропелевых месторождений с использованием нового грунтозаборного устройства.

Научная идея заключается в наиболее эффективном использовании средств гидромеханизации в различных условиях залегания обводненных сапропелевых месторождений, рациональном использовании водных ресурсов и создании экономической безопасности за счет внедрения нового грунтозабора и в разработке новой технологии для добычи сапропеля естественной влажности с использованием добычного устройства модульного типа, обеспечивающего весь технологический процесс от добычи до расфасовки.

Основные научные положения, разработанные «втором я новизна:

-установлена зависимость параметров грунтоэабора с технологическими параметрами забоя, на основе которой разработано новое устройство забора грунта, позволяющего сохранять водные ресурсы и снизить экологическое воздействие на окружающую среду;

-диаметр дисковых ножей нового грунтозаборного устройства прямо пропорционален производительности земснаряда по грунту и обратно пропорционален скорости перемещения земснаряда;

-использование нового грунтозаборного устройства позволит формировать гидросмесь в диапазоне 90-96% влажности, повысить среднечасовую производительность земснаряда в два раза, а также увеличить надежность и ресурс работы самого грунтозаборного устройства в среднем в два раза; -новое грунтозаборное устройство земснаряда наиболее целесообразно использовать при' разработке обводненных месторождений сапропеля секторными участками послойно с шириной отрабатываемой ленты равной шесть метров;

-внедрение разработанной технологии модульного типа, позволит вести добычу сапропеля естественной влажности, на борту модуля готовить продукцию соответствующую требованиям заказчика и сократить до минимума капитальные затраты на берегу.

Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные автором обоснованы и подтверждены:

-научными исследованиями, базирующимся на базовых положениях гидромеханизированной разработки обводненных месторождений сапропеля;

-результатами проектных проработок рекомендуемых решений; -внедрением в производство целого ряда объектов по добыче сапропеля, созданных трестом " Энергогидромеханизация " ( оэ . Рукавское Владимирской области, оз. Жарки Тверской области, оз. Неро Ярославской области, оз. Заликовье Тверской области, оз. Круглое Московской области);

-результатами изучения физико-механических свойств и качеств сапропеля ряда озер Российской Федерации.

Совокупность названных положений является решением проблемы по эффективным технологиям разработки, укладки и обезвоживания сапропеля с использованием средств гидромеханизации. Научное значение работы.

1.На основании анализа горногеологических условий залегания озерного сапропеля, опытных данных, проведенных и имеющихся научных исследований, разработана новая конструкция грунтозаборного устройства, позволяющая значительно повысил» производительность землесосного снаряда и обеспечить охрану водного бассейна разрабатываемого месторождения.

2.Установлена";:(вЗаимосвязь параметров грунтозаборного устройства с технологическими параметрами забоя разрабатываемого уступа.

3. Выполнена взаимоувязка процессов выемки, укладки и обезвоживания на базе новых технологических решений, обеспечивающая выполнение требований экологии по охране окружающей среды, повышение производительности труда и урожайности сельскохозяйственных угодий.

4.Внедрение разработанной технологии модульного типа, позволит вести добычу сапропеля естественной влажности. Практическое значение работы.

1 .Установлены параметры предлагаемого грунте заборного устройства.

2.Получены расчетные формулы соотношения общей ширины грунтозаборного устройства с длиной вала» высотой входной щели всасывающего наконечника.

3.Результаты исследований являются основой рекомендаций выполненных проектов разработки ряда месторождении озер Российской Федерации. Реализации выводов и рекомендаций диссертационной работы. Результаты выполненных исследований использованы ПК 'Тидромехпроект" треста "Энергогидромеханизация" при проектировании рада объектов по добыче сапропеля в Тверской, Владимирской, Ярославской и Московской областях. Объекты создавались и эксплуатировались совместно с агрохимическими объединениями, создавались лаборатории, которые вели наблюдения за изменением плодородия почв, урожайностью.

Апробация диссертационной работы.

Результаты исследований на различных этапах были рассмотрены и одобрены в тресте " Энергогидромеханизация"на техсовете треста( Москва 1989год) и на техническом совещании инженерно-технических и научных работников " Четвертой Республиканской научной конференции ° (Минск 29-30 сентября 1992 года ), На Первом Съезде гидромеханизаторов России (Москва, МГГУ, 15-17 апреля. 1998 года), на научном семинаре и расширенном заседании кафедры "Технология, механизация и организация открытых горных работ" Московского государственного горного университета (протокол №4 от 21 октября 1998 года).

Вопросами применения гидромеханизации на разработках обводненных месторождений сапропеля автор занимается с 1982 года, под его руководством и с его участием выполнен рад проектов по рассматриваемому вопросу, а также написан ряд обзорных и научных статей.

Результаты проведенных исследований реализованы в промышленности, а также используются в учебном процессе " Открытые горные работы • Публикации. По теме диссертации опубликованы три печатные работы, получено два авторских свидетельства на изобретения России. Объем диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 120 страницах машинописного текста, который состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 18 рисунков, & таблиц, список | использованных источников из 68 наименований и приложений.

Результаты работы отражены в издании "Горный журнал", газете "Московская правда", в Ежегоднике "Гидромеханизация - 98". из

Заключение.

В результате проведенных автором исследований осуществлено решение задачи по созданию рациональной технологии добычи обводненных сапропслей.

Проведенные исследования дают основания сделать следующие выводы и рекомендации;

1. Для более эффективной разработки сапропелевых месторождений гидромеханизированным способом необходима модернизация существующего технологического оборудования, в частности земснарядов. Модернизация должна быть направлена на увеличение концентрации гидросмеси за счет совершенствования грунтозаборного устройства. Увеличение концентрации гидросмеси на 0.5% повышает производительность по полезному ископаемому на 6-10%.

2.Выемка обводненного сапропеля, с учетом требований обеспечивающих жизнедеятельность биологических ресурсов, в качестве одного из вариантов должна осуществляться земснарядом, оборудованным грунтозаборным устройством представляющим из себя шнековый рыхлитель с принудительной подачей сапропеля во всасывающее отверстие. Груитозаборное устройство, разработанной конструкции, позволяет разрабатывать забой послойно сверху вниз, не создавая повышения мутности воды в призабойной зоне.

3.Повышенная производительность земснаряда со шнековым рыхлителем обеспечивается за счет увеличения зоны контакта всаса с забоем, для обеспечения необходимой скорости всасывания сапропеля равной 1.1 м/с. При этом всас выполнен щелевидным с размерами 175 х 1880 мм.

4. Для обеспечения повышения производительности непременным условием является сочетание смонтированных на валу дисковых ножей-рыхлителей, разрыхляющих грунт в зоне всаса и подающих его во всасывающую трубу, и шнсков-уширитслсй, подающих грунт в зону всасывания,

5.Установлено что диаметр дисковых ножей грунгозаборного устройства прямо пропорционален производительности земснаряда по грунту и обратно пропорционален скорости перемещения земснаряда.

6.Отработку обводненных сапропелевых месторождений земснарядами, оборудованными новыми грунтозаборными устройствами, целесообразно осуществлять секторными участками послойно с шириной обрабатываемой ленш равной шесть метров.

7. Направлением повышения эффективности разработки сапропелевых месторождений, является разработка технологии с применением добычного устройства модульного типа, обеспечивающего весь технологический цыкл от добычи до расфасовки полезного ископаемого.

8. Предложено новое техническое и технологическое решение обеспечивающее извлечение из залежи сапропеля естественной влажности. Суть данного предложения состоит в том, что изолируется часть объема озера до дна с помощью трубы или короба, удаления из трубы воды, после чего сапропель добывается до дна любым известным оборудованием -грязевым насосом, грейфером и т. д.

1.С. Т. Вознюк, Д .В, Лыко Эффективный способ намыва сапропеля на поля. УИИВТ, Минск, 1992г.

2. Вопросы теории открытых горных работ. МП У, Москва, 1994г.

3. Вопросы совершенствования гидромеханизации горных и строительных работ. Тезисы докладов и сообщений пятой Межотраслевой экспресс-конференции гидромеханизаторов (25.04 1967г.), Москва, 1967г.

4. Л.П. Гаврилъчик Превращения торфа при добыче и переработке. Минск, Навука 1 тэхшка, 1992г.

5. А, М.Гальперин, С.П.Жданов Геологическое обеспечение ресурсосберегающих технологий. Научный отчет по теме " Комплексное геологическое изучение сапропелей как органоминеральных удобрений", МГГУ, Москва, 1991г.

6. А. М.Гальперин, Ю.Н. Дьячков Гидромеханизированные природоохранные технологии, М., Недра, 1993г.

7. А.М.Гальперин Управление состоянием намывных массивов на горных предприятиях. М., Недра, 1986г.

8. А.М.Гальперин, Ферстер В., Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана окружающей Среды. М., МГГУ, 1997г.

9. А. М. Гальперин, Е. М. Шафаренко Реологические расчеты горнотехнических сооружений. М,, Недра, 1988г.

10. К.Ш. Гвелисиани, А. А. Гачеладзе. Совершенствование грунтозаборного устройства земснаряда. Научные труды ВНИИПИгидротрубопровод, Москва, 1987г.

11. Геологический отчет о детальной разведке месторождения сапропеля "Озеро Кругловское" Лотошинского района Московской области, Рсг. N46-90-4/1, Малаховка, 1990г.

12. В.Б. Добрецов, Д.Н. Лигоцкий, В.А. Зайцев Гидромеханизированная разработка донных озерных отложений. Санкт-Петербург, 1995г.

13. В.Б. Добрецов О создании сапрпелевой промышленности в России. Горный вестник. №4,1998г.

14. В.Б. Добрецов, Д.Н. Лигоцкий, В.А. Зайцев Гидромехавизированная разработка донных озерных месторождений. Спб, СПбГГИ, 1995г.

15. В.Б. Добрецов, В.А. Холоднякова Освоение озерных месторождений сапропелевых илов России. Горный журнал. №8,1995г.

16. Закон Российской федерации " О недрах",1995г.

17. П.Н.П.Залипукин, Л,М,Равинский, А,И,Харин Справочник гидромеханизатора, Киев, Будивельник, 1969г.

18. Ю.Ф. Короткое и др. Исследование работы центробежного насоса на сапропелевой пульпе. ВНИИПИтрубопровод, Москва, 1987г.

19. И. И, Краковский. Суда технического флота " Судостроение", Ленинград, 1968г.

20. В.С.Кнороэ Движение гидросмесей в напорных трубопроводах и метод расчета М., Известия ВНИИГ, т. 30, 1941.

21. Э. Г. Кшондзер Изменение вязкости сапропелевой пульпы, -сб. научных трудов ВНИИГИпвдротрубопровода'Тидротрзнспорт сапропелей". М., 1981г.

22. А,П, Лецко Гидротранспортирование сапропеля по трубам. Институт торфа АН БССР, Минск, 1981г.2 3. М стодическис указания по расчету гидравлического транспорта сапропелей, ВНИИГиМ им. А.Н. Котлякова, Москва, 1981г.

23. А.И. Мурашко, Г.А. Щербаков Осушение торфяно-сапропелевых болот, "Урожай", Минск, 1984г.

24. A.A. Моркус Осадка сапропелей, Вкн, Вопросы мелиорации и водного хозяйства, Вильнюс, 1967г.

25. Д.Л. Меламут, В,М, Николаев Намыв узкопрофильных дамб и малых плотин в сельском строительстве, Москва, 1963г.27 .Д.Л. Меламут Гидромеханизация в ирригационном и сельскохозяйственном строительстве, "СтроЙиздат", Москва, 1967г.

26. Г,А. Нурок, А.Г. Лутовинов, А,Д, Шерлоков Гидроотвалы на карьерах, "Недра", Москва, 1977г.

27. Г,А. Нурок, К>,В, Бруякин, Ю,В, Бубис, В,Г, Королев Основные параметры подводного отвалообразавония и береговых сооружений, Москва, 1976г.

28. Г.А. Нурок, Ю.В. Бруякин, Ю.В. Бубис, В.Г. Королев Технология подводной разработки морских россыпных месторождений, часть 2,Москва, 1976г.

29. Г.А. Нурок, Ю.В. Бруякин, Ю.В. Бубис, Л.Н. Молочников, К.В. Яблоков Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов. "Недра",М., 1979г.

30. Г. А. Нурок Процессы и технология гидромеханизации открытых горных горных работ."Недра", Москва, 1979г.

31. Г, М. Н ацвлншвили Исследование и усовершенствование эрлифтных устройств при добыче сапропелей, Тбилиси, 1974г.

32. С.П.Огороднихов Инжектирование на землесосных снарядах , Москва , 1962г.

33. С.П.Огородников Разработка грунтов способом гидромеханизации. КГУ, г. Калинин, 1984г.

34. С. П.Огородников Основы современной методики расчета грунтозаборных устройств землесосных снарядов. Строительные и дорожные машины, 1974г., №4, сгр.28-31.

35. Т.И.Пеняскин, A.A. Матвеев Гидромеханизация добычи песка и гравия. Учебное пособие, Екатеринбург, Изд. УТТА, 1993г.

36. Т.И.Пеняскин, И.П. Будько, Ф.Д. Цейтнин Новое грунтозаборное устройство землесосного снаряда. // Монтажные и специальные работы в строительстве, №5, 1991г.

37. Т.И.Пеняскин, Г.З, Карандашев Современные технологии добычи песка и гравия . II Изв. вузов. Строительство и архитектура,№11,1975г.

38. Ф.А, Пунтус Особенности молекулярной структуры гуминовых кислот, сапропелевых удобрений. Тезисы докладов Четвертой Республиканской научной конференции. Минск, 28 сентября 1992г.

39. А.Я. Рубинштейн Инженерно-геологические особенности сапропелевых месторождений, "Наука", Москва,1971г.

40. В.В. Ржевский, Г.А. Нурок Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов, "Недра", Москва, 1979г.

41. В.В.Ржевский Открытые горные работы. Часть2,1. М.,Недра, 1985г.

42. Рекомендации по технологии добычи сапропелей из открытых водоемов для удобрений. Минводхоз СССР. М., 1978г.

43. РабочиЙ проект добычи сапропеля из озера Рукавское способом гидромеханизации N 016-011К-90, Москва, март1990г,

44. Создание, сохранение и восстановление водоемов, Материалы международного симпозиума в рамках совместного научно-технического сотрудничества СССР и Финляндии, апрель 1973г., Хельсинки, Евлага, 1974г.

45. Сапропель, ресурсы, область применения, технология добычи и переработки, Научно-технический обзор, " Гипроречтранс", Москва,1991г.

46. Сапропелевые месторождения СССР (справочно-инструктивные материалы) АН СССР, институт географии, "Гипрсторфоразведка", Москва, 1964г.

47. А.Е.Смолдырев Рекомендуемые методы рсчета гидравлического транспорта грунтов.М., изд. ИГД им. Скочинского, 1964г.

48. П.И.Томаков,В.С,Коваленко Рациональное землепользование при открытых горных работах, М,, Недра,1984г.

49. П.И.Томаков, В.С.Коваленко, АМ.Михайлов, А.Т.Калалгаиков Экология и охрана природы при открытых горных работах. М., Изд. МГГУ, 1994г.

50. Технические указания по расчету напорного гидравлического транспорта грунтов. ВНИИГим им. Б,Е, Веденеева.Л.,Энергия, 1967,

51. Ф.А. Розенфельд Землесосные снаряды, " Машгиз", Москва, 1953г.

52. А.М.Даревский Гидромеханизация мелиоративных работ. Москва, Сельхозиздат, 1966г.

53. А.И.Харин Разработка грунтов плавучими землесосными снарядами. Москва, Стройиздат, 1966г.

54. А,И,Харин Гидромеханизация в мелиоративном строительстве. Москва, Колос, 1982г.

55. Б.М.Шкундин Землесосные снаряды, "Энергия", Москва, .1968г.

56. С.М.Штин, Гурьев Б.Г., Цурган Ф.П., Фридман М.М.,Хорьков Б,В. Патент №2001999 на изобретение 'Трунтозаборное устройство земснаряда для разработки илистых грунтов", 30 октября 1993г.

57. С.М.Штнн, п.П. Демченко Д. П. Демченко. Патент №2057938 на изобретение "Способ добычи сапропеля со дна водоема",10 апреля 1996г.

58. М,И.Щадов, Р,Ю, Подерни и др. Справочник механика открытых работ, "Недра", Москва, 1989г.

59. Федеральная целевая программа стабилизации и развития агропромышленного комплекса в Российской Федерации на 1996-2000годы, утвержденная Указом Президента Российской Федерации от 18 июня 1996 года №933.

60. А,П.Юфин Гидромеханизация, "Стройиздат", Москва, 1974г.

61. И. М.Ялтансц, В.И. Кулигин Гидромеханизация открытых горных работ, высшее горное образование, Москва, 1996г.

62. И.М. Ялтанец Вопросы проектирования гидромеханизации на карьерах, Москва,1977г.

63. И.М. Ялтанец Ппроектирование гидромеханизации открытых горных работ, МГТУ, Москва, 1994г.

64. И.М. Ялтанец, М.И. Щадов Практикум по открытым горным работам, Москва, 1996г.