> Техника, страница 37 > Гидравлические разработки
Гидравлические разработки
Гидравлические разработки россыпей, добыча полезного ископаемого вместе с вмещающей его породой силой струи воды, выходящей под большим давлением из насадки водобоя (брызгала, монитора) и направленной на. Размытые водяной струей пес к и самотеком или при помощи струи из того же водобои направляются на шлюзы— прямоугольного сечения желоба, назначение которых, с одной стороны, отделить полезное ископаемое от пустой породы, а с другой—удалить переработанные пески (хвосты) в отвал. 11а фигура 1 представлен разрез, а на фигуре 2—план идеальной схемы Г. р. Здесь /— залежь полезного ископаемого, почти всегда представляющая наносные отложения, 2—подстилающие залежь, большей частью, твердокаменные породы, служившие ложем
Фигура 1. Фигура 2.
древней долины, 3—отвал, образовавшийся в результате отложения смытых песков, 4— шлюз, 5—почвенные канавы, 6—водобой, 7 п 8—подводящие воду трубы. Рассматриваемый способ, изобретенный в Калифорнии в 1852 г. Маттисоном, применим в подходящих топография, и климатич. условиях для разработки всякого рода обломочных месторождений, по главнейшее свое приложение он нашел при разработке золотых россыпей сначала в Калифорнии, а потом и в других местах земного шара (например, Сибирь. II. Зеландия, Аляска). Для применения типичного способа Г. р. необходимо, чтобы, помимо россыпи, обладающей достаточными запасами золотоносных песков, были налицо: достаточное количество воды (расход воды по объёму во много раз превышает объём добываемых песков), достаточный напор у водобоев (обычно > 40 .я) и достаточный уклон речной долины для отвода продуктов промывки самотеком. При отсутствии последнего условия приходится прибегать к установке т. и. гидравлического элеватора, что при данном количестве воды уменьшает производительность установки примерно в три раза, или к проводке тоннеля для отвода воды и хвостов.
Снабжение водой является основным вопросом при организации Г. р.: это составляет главную статью расхода. Теоретич. количество воды Q (в .я3) при проектировании Г. р. определяется по ф-ле: Q=«l<h, где Р—горизонтальная проекция (в .я2) поверхности, с которой собирается вода, Ь—высота (в .я) столба выпадающих осадков в год, к—коэфф-т потерь вследствие испарения и просачивания (для Европы α= 0,33, для В. Сибири, поданным Ячевского, не более 0,20). В странах с продолжительным зимним или сухим периодом времени предпочитают периодически действующие Г. р. В непрерывно действующих Г. р. приходится или соразмерять производительность с минимумом количества воды в системе или устраивать водохранилище (смотрите).
Подача воды от пруда или от места приема изреки к месту потребления осуществляется
15
Г. Я. т. V.
помощью канав, сплотков, или желобов, и трубопроводов (смотрите ниже). Канавы являются наиболее дешевым способом, и потому они применяются всегда, когда для этого имеются подходящие условия. Обычно канавы проводятся па пологом, более удобном склоне долины; им придают трапецоидальное сечение с откосами боковых стенок, отвечающими углу естественного откоса грунта. При твердом, но трещиноватом грунте дно канавы утрамбовывают глиной; на крутых склонах наружный борт канавы устраивают в виде двойной стенки, сложенной из камня на глине с центральным ядром из утрамбованной глины (фигура 3). При скалистом или болотистом грунте, при пересечении боковых долин вместо канав устраивают сплотки— деревянные желоба прямоугольного сечения, составленные обычно из досок, соединенных в паз, отдельными звеньями по 4 метров длиной, причем иногда стыки перекрываются узкими планками. Конструкция сплотков
Фигура 3. Фигура 4.
приведена па фигура 4. При переброске воды с одного склона неглубокой боковой долины па другой сплотки помещаются на козлах. Вместо сплотков иногда укладывают металлические желоба.
При расчете открытых водопроводов необходимо знать: расход воды (), скорость течения в канаве (желобах) V, поперечное сечение потока F (последнее определяется из ур-йя F — у или же из ур-ия F=pR, где р— мокрый периметр, a 1Ϊ—гидравлич. радиус) п угол к наклона канавы (sin сс=7, где 77—
общее падение канавы, a L—ее длина). Расчетное количество воды Q должно отвечать расходу на месте потребления и потерям в водопроводе, которые Лонгридж, основываясь на данных американ. практики, определяет в 25% от расхода на месте потребления. Большие скорости вызывают значительные потери в напоре, но зато позволяют уменьшить сечение водопровода. Практика указывает следующие применявшиеся скорости воды в разного рода водопроводах: в канавах—от 0,6 до 1,3 м/ск, в сплотках—от 0,8 до 2,4 м/ск, в желобах—до 3,6 м/ск.
Для расчета уклона Лонгридж рекомендует пользоваться следующей ф-лон:
и=0,306 Q2 J, м на 1 км,
где Г, 7’ и II даны в м, а К—коэффициент, зависящий от характера стенок водопровода; так, для канав с ровным галечным дном и правильными закруглениями коэффициент К=0,5, для деревянных сплотков из строганных досок К—0,8, для прямых и гладких лее Лобов Л=1,0. В Калифорнии приняты уклоны капав в 1,8—4,0 метров на 1 км, сплотков в 5,0—7,1 .м на 1 км.
В некоторых случаях приходится переходить от открытых водопроводов к закрытому—трубопроводу,а именно: при переброске воды через глубокие боковые долины или с одного склона главной долины на другой, при пересечении невысоких холмов и при подводе воды от напорного ларя к потребляющим приборам. Трубы при Г. р. применяются металлические, железобетонные и деревянные. Диаметры труб достигают больших величин: металлических—до 1,1 м, деревянных и железобетонных—до 1,65 .и. Представление о размерах водопроводов при Г. р. могут дать следующие примеры. Водопровод, устроенный предприятием Yukon Gold Mining С° для снабжения водой Г. р. и гидростанции, имеет общее протяжение свыше 100 км, из которых на сплотки приходится 24 км. на канавы—59 км и на трубы—19 км. Вода доставляется с напором в 150 метров в количестве до 21,2 .и3 в мин. Размеры канавы: ширина у дна 2,7 .w; слой воды—около 1 м, уклон—1 .и на 1 км ; размеры сплотков: шириной 1,8 м, выс. 1,2 м, уклон : 2,6 метров на 1 км; трубы уложены стальные и деревянные, диам. от 1,0 до 1,35 .и. В месте пересечения р. Клондайка устроен грандиозный сифон из стальных труб в 1,1 .идиам., проложенных по специальному железному мосту. Общая стоимость гидравлич. установок (с электрическ. станцией)—ок. 7 млн. р.
Обычно в тех случаях, когда открытый водопровод переходит в закрытый, а также перед питательным водопроводом, устанавливается напори ы и л а р ь с недоходящими до дна перегородками для улавливания плывущих с водой разных предметов. Устье трубы должен быть на 0,5—1.0 метров ниже уровня воды в ларе. Напорный ларь снабжается водоспуском, через который спускают воду, когда останавливается действие приборов.
С помощью питательного водопровода, состоящего из магистральной питательной линии и распределительных труб, вода подается к водобоям. В о д о-1 бой состоит из следующих частей (фигура 5):
1 — колено, прикрепляемое болтами к фундаментной балке, которая укладывается на почве выработки и заваливается крупными камнями, 2 — шлем, сочленение которого с коленом допускает поворот в горизонтальной плоскости шлема и всей вышележащей части; фланец шлема снабжен закраинами, которые охватывают фланец колена, а уплотнение стыка достигается резиновыми или кожаными прокладками, помещаемыми в кольцевые выемки; 3—яблоко, служащее для перемещения кольцевой части водобоя в вертикальной плоскости на угол до 45°; 4—конус, заканчивающийся насадкой 5 для направления струи; 6—рычаг с противовесом 7, служащий для управления водобоем. В больших водобоях устраиваются шариковые подшипники и для надежности (при больших напорах) сочленение шлема с коленом снабжается центральным болтом 8. Конус водобоя снабжается внутри направляющими (фигура 6), назначение к-рых—остановить вращение струи. При
Фигура 5.
мощных установках и больших напорах для изменения направления струн применяется дефлектор (фигура 7), к-рый помещается между конусом и насадкой, свободно вращается на
Фигура 0. Фигура 7.
шарнире Кардана 1 и управляется рычагом 2: когда вытекающая струя отклоняется дефлектором, она в силу реакции толкает водобой в противоположном направлении; рычаг легко приводится в движение и делает возможным точное управление водобоем. Скорость истечения воды нз насадки определяется ф-лой:
V=к kVZgll,
где П—полный напор, представляющий разность горизонтов насадки и уровня воды в напорном ларе; к—кпд водопровода, равный ок. 0,80; к—кпд водобоя, равный но 1’аррарду 0,94, а по Лопгриджу 0,80—0,85.
При работе одним водобоем обычно сначала делают вруб у плотика россыпи и затем смывают вышележащий материал; после итого струей из водобоя, а в некоторых случаях так называемой проходной водой из ручья или речки, протекающей в долине, помогают смытой массе материала продвигаться по канавам, углубленным в плотике от забоя до головной части шлюзов. Затем происходит тщательная зачистка плотика от смываемого материала, часто обогащенного драгоценным металлом. Крупные валуны или разбуриваются или удаляются с "помощью дерриков.
Для беспрерывной работы необходимо иметь два забоя, из которых один находится в разработке, а в другом происходит зачистка почвы и перестановка водобоев. Для непрерывной работы по размыву требуются два одновременно работающие водобоя в каждом забое, из которых один является вспомогательным для подачи смытого материала в шлюз. Водобои должен быть расположены на таком расстоянии от забоя, чтобы, с одной стороны получался удовлетворительн. эффект от действия струи, а с другой, была гарантирована безопасность людей и аппаратов от обвалов породы. Обычно водобои работают при напорах в 60—120 м, в нек-рых установках—до 180 метров Соответствующая последней цифре дальность полета струи равна ~~200 .и, а высота 50 метров Для получения лучшего результата струя направляется к забою под острым углом.
Из канав смытый материал поступает на шлюзы. Главное назначение шлюзов, помимо окончательного разрыхления (протирки) материала и удаления переработанных продуктов в отвал,—улавливание частиц золота и других драгоценных металлов, для чего шлюзы снабжаются особыми приспособлениями—трафаретами. Обычные размеры шлюзов: длина 200—2 000 м, ширина 0,6—1,8 .и, глубина 0,6—1,0 метров Шлюзы делаются из дерева, редко—из железа; деревянные конструкции имеют двойные боковые
стенки, а в случае ординарных стенок последние обиваются железом для предохранения от износа крупными камнями. Для безостановочной работы иногда устраивают двойные шлюзы: пока на одном шлюзе происходит съемка золота, другой шлюз работает. Двойные шлюзы устраиваются также при разработке; оловосодержащих наносных отложений. При проектировании трасы шлюзов надо, по возможности, избегать закруглений. Скорость плывущей по шлюзам мути должен быть достаточной для того, чтобы транспортировался наиболее крупн. обломочный материал; однако эта скорость не должен быть слишком большой, чтобы не сносилось со шлюзов золото. Чем мельче в россыпи золото, тем меньше должен быть скорость потока на шлюзах, и наоборот. Для определения соотношения между скоростью потока и величиной проносимого обломочного материала можно руководиться следующими эмпирич. чи:
Характер материала по крупности
Скорость в м/мин
Ил 4,5
Мелкий песок.. а,о
Мелкая галька.. 18,0
Галька до 25 миллиметров в поперечнике. зв,о * * 50 » » ». 60,0
Валуны п 80—100 > » ». 100,0
» » 150—200 » » ». 120,0
Для нормально действующих Г. р. шлюзы устраивают с уклоном в 0,04—0,05. При невозможности получить необходимый уклон устраивают гидравлический элеватор или используют проходную воду; иногда же путем проходки тоннеля находят выход в соседнюю ниже лежащую долину.
Золотоулавливающие приспособления шлюзов при Г. р. — трафареты—представляют собою деревянные бруски круглой или прямоугольной формы, уложенные с зазорами (фигура 8), или небольшие одинаковых размеров валуны (фигура 9), или же рельсы, уложенные вдоль, а иногда поперек шлюзов (фигура 10). Все эти приспособления далеко ны. Поэтому для лучшего улавливания золота устраивают по длине шлюза через некоторые промежутки подшлюзки, на которых струей меньшей скорости и
/7 Г—Ч
Атк
Фигура 8.
не совершен-
| ii
тт |
щ |
| 1 ύ |
Фигура 9.
Фигура 10.
большей ширины промывается мелкий материал. Конструкция подшлюзка изображена на фигуре 11. На главном шлюзе 1 дно в определенном месте заменяется колосниками 2, через которые проваливаются песок, мелкая галька и часть воды. Провалившийся материал поступает в расположенный под прямым углом к главному шлюзу жо-лоб—американку 3. Через отверстия в боковой стенке американки материал направляется на шлюзы обычного типа 4 (где улавливается большая часть золота) и поступает в сборный жолоб—американку 5, откуда снова возвращается в главный шлюз. С этой целью главный шлюз устраивается с уступом 6 или лее ему придается тотчас за колосниками большой уклон. Часто при уступах для удаления со шлюзов крупных камней кладутся с уклоном колосники?. На Г. р. North Bloomfield Mining С° (Калифорния) при длине главного шлюза ок. 500 метров под-шлюзки устроены на расстоянии 18, 27, 54 и
240 метров от начала шлюза. На Ленских промыслах (река Ныгри) в конце шлюза (25,6 метров длины) имелся 1 подшлюзок, длиною 10,0 м, шир. 5,8 м, при уклоне 1:12,5. При промывке на главном шлюзе и на подшлюзках применяется ртуть; заливка ртути особенно необходима при преобладании мелкого золота, („полос шлюзов и съемка золота производятся по возможности редко (иногда лишь
два раза в операционный период). По данным калифорнийских разработок, на первых 60 метров шлюза оседало около 80 % всего уловленного на шлюзах золота, общая же добыча составляла 60—85% золота, содержащегося в месторождении; остаток уходил главным образом в хвосты.
Г и д р а в л и ч е с к и е а л е в а т о р ы служат для подъема воды, песка и гальки па некоторую высоту; они применяются при недостаточном уклоне плотика и при залегании россыпи ниже поверхности окружающей
местности. На фигуре 12 представлен схематический план и разрез установки при недостаточном уклоне плотика: здесь 3—почвенная канава; 2—зумпф; 3—головной гидра-влич. элеватор (инжектор), подающий материал из зумпфа в головную часть шлюза 4. расположенного на козлах; 5—подшлюзок. на который направляется мелкий материал (песок), уносимый текущей водой по канаве б; 7—хвостовой гидравлич. элеватор (инжектор), подающий крупный обломочный материал (гальку) через шлюз 8 в отвал .0; наконец, 30—трубы, подающие воду под напором к элеваторам, а 33—труба, подводящая добавочную воду к канаве нодшлюзка. Описанная установка действовала в нижнем течении р. Ныгри Олекминского золотопромышленного района. На фигуре 13 представлена схема установки для второго случая: здесь 3—золотоносный материал, 2—шлюз на плотике россыпи, 3—зумпф, 4—элеватор. 5—шлюз па поверхности окружающей местности и б—отвал. На фигуре 14 изображена конструкция элеватора:3— фланец водонапорной трубы, 2—изогнутая соединительная труба, 3-пасадка, 4 — приемное отверстие, 5 — горловина (цельная, а иногда и составная отливка) из специальных сортов стали, б—внешняя коническая часть н 7—отводящая труба. Чтобы пред- ф1П. ·, > отвратить попадание в элеватор крупных камней, могущих остановить его работу, перед зумпфом устраивается задерживающая их решетка. Угол наклона элеватора 35—45°; высота подъема обычно равна 6—7,5 м, по в некоторых случаях доходит даже до 27’ м. Считается, чтч> от 50 до 66% всей воды под напором расходуется на работу самого элеватора и только остальное количество—на полезную работу водобоев. Высота подъема элеватора составляет 10—20% напора воды в насадке. Более высокий подъем м. б. осуществлен путем ступенчатой установки; в этом случае около 33% всей расходуемой на подъем воды идет па нижний элеватор и около 67%—на верхний. Вес твердого материала, поднимаемого элеватором, составляет не более 5% (обычно
2—3%) веса поднятой массы. Низкий кпд гидравлич. элеваторов вызвал попытки за
мшит» их механич. элеваторами, работающими на энергии, получаемой от гидроэлектрич. станций. Однако, механич. элеваторы не по-лучили распространения главн. обр. в силу малой их подвижности, плохой работы центробежных насосов и усложнения процесса. Гидравлическ. элеваторы дают возможность сильно укоротить шлюзы (до нескольких десятков ж) в виду сильного перетирающего и разрыхляющего действия засасывающей и ударяющей струи воды из насадки, что сводит функцию шлюзов только к уловлению золота и переносу материала в отвал.
Задал жи ванне людей при Г. р. нормального типа невелико; при каждом мается число .н3 породы, которое может быть смыто н перенесено по шлюзам в точение 21 ч. при расходовании определенного количества воды в минуту. В С. Ш. А. работа па Г. р. измеряется так паз. р у д ии ч и ы м дюймом (miner’s inch), то есть количеством воды, вытекающим в минуту из прибора через стандартное отверстие в 1 дм.2 (6,5 с.н2) иод напором в 6,5 дм. (16,5 см.), что составляет 43,3 л/мин. Лопгридж определяет отношение между объёмом размытого грунта и объёмом израсходованной воды в 1 : 34,1. В действительности величина полезной работы одного м3 израсходованной воды варьирует в широких пределах (табл. 1).
Т а б л. I.—II о л е з и а и работа в о д ы п р и р а з л и ч н ы х уел о в и я х.
| 11 а и м с π о н а и и е и р е д и р и я т п и | Наличие гидравл. элеватора | Уклон местности | Величина напора в .н | Высота размываемого забоя II м | На м8 грунта при ход.ит-сн .U* воды |
| Bonanza Creek, Дисон. Аляска.. | нет | О.084 | _ | 6,0 | 16 |
| » .> ». .. | » | 0.08-1 | — | 10.5 | 12 |
| ·> *> » » .. | » | 0,084 | — | 22.5 | 10 |
| Yukon Gold Mining C°. Аляска.. | » | — | ~ 150 | ОТ 3 ДО -15 | 13 |
| North Bloomfield Mining C“, Калифорнии, 187G r. | » | — | — | по | 10 |
| »> » » » 1877 Г. | » | — | — | 80 | 21 |
| La Grange Mine C°, Калифорния, loos r. | — | 1S0 | 45 | 11 | |
| Glacier Creek, Ном, Аляска.. | есть | О.С42 | - 70 | 6 | 130 |
| Basin ( reek, » » .. | » | 0.056 | 70 | 6 | 80 |
| Ophir Creek, Кауисил. Аляска.. | » | 0.070 | 70 | 2.4 | 54 |
| North Columbia Gold Mining С". Крит. Колумбии | нет | 0.028 | 42 | 18 | 197 |
| » » Λ » » » | * | 0,028 | 36 | 5 | 266 |
работающем водобое задаллсивается один че- I ловек; кроме того, задалживаются рабочие при перестановке водобоя и труб, проведении почвенных канав, наращивании шлюзов, разбивке и уборке крупных камней. Наличие гидравлического элеватора увеличивает задалживание людей: обычно 1—2 рабочих постоянно задалживаются при зумпфе элеватора, и, кроме того, почти всегда необходима установка небольшого водобоя в конце шлюзов для разравнивания отвала. На предприятии Pioneer Mining 0° задолжено при водобоях в разрезе 2 чел., при водобое на отвале—1 чел., при элеваторе -2 чел., на уборке камней—2 чел. с двумя лошадьми и на разных работах—
1 чел.; всего—8 чел.
Производительность Г. р., требующих крупных первоначальных затрат, особенно велика при благоприятн. водных условиях. Для крупнейших гидравлических разработок зафикенро- ! вапы следующие размеры годовой производительности, которой они достигли в разные годы своей работы:
, Производительность I
Предприятии 1 „ и»
Yukon Gold Milling С“. до 2 500 000
North Bloomfield Milling С“. 2 200000
La Grange Mine C°. » 520 000
North Columbia Gold Mining C“ » 150 oco
Факторы, определяющие производительность, таковы: полезная работа единицы израсходованной воды под данным напором; количество воды, расходуемое в сутки, и продолжительность годовой операции. Под выраженном полезная работа понн-
Поэтому при проектировании Г. р. необходимо руководиться данными предприятий, работавших в аналогичных условиях с проектируемыми.
Стоимость добычи и промывки 1 .м3 золотосодержащего материала россыпей колебалась, как и полезная работа, в очень широких пределах—от 8 до 65 к., а при особо неблагоприятных условиях до 1 р.50 к. В табл. 2 приводятся данные о стоимости добычи и промывки 1 м3 материала (без амортизации) в некоторых крупнейших американских установках.
Распределение расходов на 1 .и3 по отдельным статьям приведено в таблице 3.
В России первые Г. р. были организованы шик. Шостаком в нижнем течении р. Ныгрп в Ленско-Олекминском золотопромышленном районе в 80-х гг. прошл. в Разработки происходили в трудных условиях с применением гидравлпч. элеватора, при небольшой годовой производительности и высокой стоимости добычи. Позднее, в 1916 году, и той же долине р. Ныгрп (среднее течение) вновь были поставлены Г. р., также давшие
Т а б л. 2.—С той мость д о б ы ч и и п р о м ы в к и 1 .и5 м а т е р и а л а.
| Наименование предприятии | Годы | Годовая ПРОИЗВОДИ’ тельность в .и8 | Стоимость добычи II промывки .и8 в коп. |
| La Grange Mine С°.. | 1908 | 8.2 | |
| North Bloomfield Mining С". | 1876 | 2 220 000 | 8.5 |
| Yukon Gold Mining C“. | 1913 | 2 185 000 | 25,2 |
| North Columbia Gold Mining C°. | 1910—13 | 215 000 | 30.2 |
| » » » | 1910—13 | 135 000 | 50,1 |
| Wild Goose Mining C°, Аляска. | 1910 | 111 ООО | 106,0 |
Т а б л. 3.—Р асходы на 1 .и5 материала в %.
| —. Предприятия Статьи расхода | North Г. loom-field | La
Grange |
North
Colum bia |
| Рабочая сила. | 42.8 | 60,0 | 66.4 |
| Вода.. | 23.4 | 13,3 | 9.9 |
| Материалы.. | 15.2 | 15.3 | |
| материалы. | 10,8 | ||
| Поддержание канав. | — | - | 1.7 |
| Разные .. | 7,8 | 10,0 | 6.7 |
| Итого. | 100,0 | 100,0 | 100.0 |
неудачные результаты. Действовали I. р. и в Енисейской тайге, в Забайкалья и на Дальнем Востоке. Довольно много маломощных Г. р. функционировало на Алтае. Однако, отот дешевый и в некоторых случаях единственно применимый способ до 1914 года не получил широкого распространения в России, главным образом по причине недостатка капитала в русской золотопромышленности. Ныне, в связи с общим восстановлением золотопромышленности СССР и реконструкцией приискового хозяйства па основе применения рациональных механизированных способов добычи золота, восстановлены и действуют почти все Г. р., работавшие до 1914 года.
Лит.: Ш о ста к М. А., Гидравлпч. разработка золотоносных пород в применении к сибирским приискам, «ГЖ», 1891, т. 2, 4—6; Реутовский В., Гидравлическ. способ разработки золотых россыпей, «Вестник золотопромышленности», Томск, 1893—94, 1—21] Б а р б о т д е-И а рви К. Н., Аляска и ее золотопромышленность, П., 1915; Прокопьев К. П., Одна нз модификаций гидравлического способа разработки россыпей, «Вестник Горной академии ,М. 1923, т. 1, вып. 2; Меч отт Г. О., Гидраплич. разработка, Технич. календарь для золото- и нлатинопро-мышленников на 1913 г., ч. II, стр. 53—169, СПБ, 1913; L о и 8 г i (1 g е С., Hydraulic Mining. L., 1910; Garrard J., Hydraulic Tin Mining in Swaziland,
Trans. Inst. Min. a. Met.», N. Y., 1917, v. 26; J a n i n c., Placer Mining Methods and Operating Casts, «U. S. Bureau of Mines, Bull.». Wsh. 1916, 72/; H u dies A. 1)., Hydraulic Mining at Atlin, «Min. and Scient. Press». San-Francisco, 1915, Apr. 24; Peele It., 3Iin. Engineers’ Handbook, 2 ed., v. 1, p. 898, N. Y., 1927 (обширн. лит. на аигл. языке). Е. Прокопьев.