авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

Разработка эффективных способов подготовки мерзлых пород к выемке и водоподготовки на объектах россыпных месторождений забайкалья

-- [ Страница 5 ] --

Оттаивание мерзлого массива происходит в радиальном направлении от оси фильтрационного канала и сверху вниз от питающей и оросительных канав. Поэтому глубина оттаивания при ВГФДО определяется по формуле

(17)

где hФДО – прирост глубины оттайки фильтрационно-дренажным способом за время (), м.

Применение способа ВГФДО мерзлого массива в сложных горно-гео­логи­че­ских условиях позволяет за два месяца с 15 апреля по 15 июня отта­ять мерзлые горные породы на глубину до 7,0 м, что, в самом деле, сопоста­вимо с гидроигловым и послойным оттаиванием.

В 1980 г. взрывогид­рав­ли­ческий способ от­таи­вания мерзлых горных пород в комбинации с фильтра­ционно-дренаж­ным оттаиванием (ВГФДО) был внедрен в сложных горно-геологических условиях на дражном поли­гоне драги №166. Производствен­ные испытания подтвердили высокую эф­фективность совместного действия кондуктивного и конвективного пере­носа солнечной энергии.

Впоследствии способ ВГФДО был нами усовершенствован путем установки соляных солнечных нагревателей в питающей канаве для подог­рева воды и ускорения процесса оттаивания пород (патент Российской Фе­дерации №2315155), а также путем создания трещин и зон проницае­мости в мерзлом мас­сиве син­хронно-импульсным электро­гидроразрывом пласта.

За счет создания в массиве трещин электрогидрораз­рыва и действую­щих через них многоуровневых фильтрационных потоков воды-теплоноси­теля скорость оттаивания многократно возрастает.

Количе­ство трещин электро­гидроразрыва и глубину их расположения определяют рас­четом исходя из времени на оттаивание участка согласно разработанной нами методике.

Динамика оттаивания мерзлых горных пород в течение летнего сезона с применением различных способов приведена на рис. 9.

 Динамика оттаивания мерзлых горных пород: 1, 2, 3, 4 – способы оттаивания,-28

Рис. 9. Динамика оттаивания мерзлых горных пород:

1, 2, 3, 4 – способы оттаивания, со­ответственно: солнечно-радиацион­- ный (СРО); фильтра­ционно-дренаж­ный (ФДО); син­хронно-импульс­ный электрогид­роразрыв­ной (ЭГРП); взры­во­гид­равли­че­ский фильтрационно-дренаж­ный (ВГФДО)

В процессе дальнейшего совершенствования технологии оттаивания сезонной и многолетней мерзлоты, основанной на более полном использовании естественного источника тепла – солнечной энергии для повышения эффективности дражных и гидромеханизированных разработок золотоносных россыпей Забайкалья и Приамурья, в 1979…1982 гг. были проведены испытания и внедрение другого варианта кондуктивно-конвективного оттаивания мерзлых горных пород, при котором теплоноситель вводят в оттаиваемый массив путем периодического рыхления поверхности механическими рыхлителями, соединяя питающую и дренажную канавы бороздовыми оросителями, что позволило повысить эффективность ФДО в 1,5-2 раза.

Проведенная оптимизация параметров данного способа позволила определить закономерности изменения себестоимости оттаивания в зависимости от длины бороздовых оросителей и расстояния между ними.

Сравнительный анализ результатов оттаивания мерзлых пород различными способами показывает, что в сложных горно-геологиче­ских условиях применение взрывогидравлического фильт­ра­ци­он­но-дренажного и синхронно-импульсного электрогидроразрывного способов оттаивания является целесообразным (табл. 5).

Таблица 5

Технико-экономические показатели способов оттаивания мерзлых пород

Способ оттаивания мерзлых пород Скорость оттаивания, м/год Трудоемкость, чел.ч/1000 м3 Энерго- емкость, кВт-ч/м3 Относительная себестоимость
Солнечно-радиационный: -естественный (СРО); -соляной-солнечный бассейн (ССБ); -с послойным удалением оттаявшего слоя 0,5…3,0 5,0…15,0 5,0…20,0 0,5…1,0 2,5…5,0 10,0…25,0 - 0,2…0,3 0,8…1,0 1 1,5…2,5 2,0…4,0
Гидравлический: -фильтрационно-игловой -с тепловыми ваннами -ЭГРП (электрогидроразрыв пласта) 5,0-20,0 5,0-20,0 5,0-20,0 15,0-60,0 5,0-10,0 25,0-60,0 3,0- 4,0 2,0-2,5 4,0-5,0 5,0-10,0 3,0-5,0 10,0-15,0
Фильтрационно-дренажный ФДО): - без рыхления; - с механическим рыхлением; -с использованием соляных солнечных нагревателей в траншеях - взрывогидравлический (ВГФДО) 3,0- 6,0 4,0- 8,0 6,0-8,0 6,0-12,0 5,0-10,0 6,0-12,0 5,0-12,0 10,0-25,0 2,0- 2.5 3,0- 4,0 0,8- 1,2 2,5- 3,0 2,0- 4,0 4,0- 8,0 3,0-5,0 5,5- 10,0

При условии высокой гидравлической проводимости фильтрационного канала Кф/lк >1 и неограниченном питании водой применение способа ВГФДО позволяет увеличить глубину оттаивания за сезон в 3…4 раза по сравнению с естественной оттайкой и в 1,5…2 раза эффективнее фильтрационно-дренажного способа (см. табл. 5).

Таким образом, проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сформулировать третье научное положение:

Использование сол­нечной энер­гии, аккумулированной в воде-теплоносителе, поступающей вглубь мерзлого массива по искусственно созданным зонам фильтрации: фильт­раци­онным каналам, образованным в мерзлом массиве на глубине элек­трогид­роразрывом пласта или камуфлет­ным взрыва­нием ли­ней­ного ряда сква­жин­ных зарядов ВВ, и бороздо­вым оросителям, созданным на днев­ной поверхности меха­ниче­ским рых­лением горных пород, ускоряет процесс оттаивания мерзлых дражных полигонов со сложными горно-геологическими условиями.

Технология создания противофильтрационных завес и экранов в гидротехнических сооружениях наиболее полно освещена в трудах проф. А.В. Рашкина, М.В. Костромина, К.И. Карасева, В.Г. Пятакова, П.Ф. Стафеева.

Они установили, что проти­вофильтрационные экраны, выполненные из полимерных пленок, и проти­во­фильтрационные завесы – из химического реагента Na-КМЦ являются эффективной противофильтрационной защитой плотин и дамб. Нами продолжены исследования в этом направлении с использованием новых технических решений. Изучены свойства новых противофильтрационных материалов и выполнены лабораторные исследования на физической модели плотины с противофильтрационной защитой масштаба 1:50 в лаборатории кафедры открытых горных работ ЧитГУ.

Практический интерес представляет комбинированная противофильт­рационная защита гидротехнических сооружений (ГТС), включающая соз­дание противофильтрационной химической завесы (порошок или растворы Nа-КМЦ) и противофильтрационного экрана, выполненного из геотекстиль­но­го материала или водонепроницаемых пород (аргиллитов, алевролитов).

В работе выполнены исследования эффективности применения про­ти­вофильтрационных устройств (ПФУ). Защита ГТС производи­лась с при­менением противофильтрацион­ных завес (ПФЗ) из горных пород, обра­бо­танных порошком Nа-КМЦ, а также раство­рами химических реаген­тов Na-КМЦ и FeCl3 при раздельной, од­но­временной, последовательной и попере­менной обработке. При этом опреде­лялась зависи­мость фильтра­ци­онного расхода от длины понура, глуби­ны зуба, удельного расхода Na-КМЦ.

Реагент наносили на мокрый откос плотины и приплотин­ную часть перед затоплением в виде водного раствора концентрацией 0,1; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 % и путем поверхност­ной обработки пород порошком Nа-КМЦ.

Опыты позволили установить зависимость коэффициента фильтрации от концен­трации реагентов, сред­него диаметра частиц грунта и времени фильтрации. При обработ­ке горных пород раствором Nа-КМЦ их водо­про­ницаемость снижа­ется в 3…10 раз и более. Наибольший эффект снижения водопроницаемости грунта, обрабо­танного раствором Na-КМЦ, наблюда­ется при концентра­ции 0,5…1,0 % и максимальном диаметре частиц 1,5… 2,0 мм при удель­ном расходе 1,5…2,0 мл/см2 и стабилизации процесса кольматации в течение 5…15 суток. Использование порошка Na-КМЦ дает более значи­тельный эффект кольма­тации – в 3…5 раз выше, чем при обработке пород растворами Nа-КМЦ с одинаковым расходом реагента.

Полученные ре­зультаты подтвер­ждаются исследованиями, выполнен­ными в Иргиред­мете и ЧитГУ: д.т.н., проф. А.В. Рашкин – 1969 г., д.т.н., проф. М.В.Костромин – 1976 г., д.т.н., проф. К.И.Карасев – 1984 г. (рис. 10).

 Влияние способа создания противофильтрационной защиты ГТС на эффективность-29

Рис. 10. Влияние способа создания противофильтрационной защиты ГТС на эффективность химической кольматации (Кп=47,7 м/сут):

1 – раствор Nа-КМЦ (А.В.Рашкин); 2 – Fe(NO3)3+Nа-КМЦ (А.В.Рашкин); 3 – ПЭИ+Nа-КМЦ (по а.с..№1102853, К.И.Карасев, А.В.Рашкин); 4 – Nа-КМЦ+FeCl3 (по а.с.№836277, А.В.Раш­кин, Ю.В.Субботин и др.); 5 – порошок Nа-КМЦ (М.В.Костромин); 6 – комби­ни­рован­ная защита ГТС: экран (геотекстильный материал) + завеса (Nа-КМЦ+FeCl3) – (по патенту РФ № 2310711, Ю.В.Субботин)

Попеременная обработка пород растворами FeCl3 и Nа-КМЦ при соотношении реагентов 1:1 и их концентрации 1…2 % при удельном расходе 5…10 л/м2 уменьшает водопроницаемость пород в десятки раз за счет образования более мощного противофильтрационного слоя за­щиты, что позволяет повысить эффект кольматации и снизить расходы Nа-КМЦ в 1,5…2,0 раза (см. рис.10, кривая 4).

С увеличением водо­проницаемости пород, если исходный коэф­фици­ент фильтрации пород плотины выше 40...50 м/сут, эффективность химиче­ской коль­ма­тации горных пород сни­жа­ется. Применение комбинированной противофильтра­ционной защиты ГТС (рис. 11) с использованием геотек­стиль­ных материалов (2) в совокупности с химиче­скими реагентами: поро­шок Nа-КМЦ (3) и растворов Nа-КМЦ, FeCl3 (5) позволяет исключить этот недостаток и уменьшить исход­ный коэффициент фильтрации горных пород в десятки раз, снизить отно­си­тельную водо­проницаемость в 15…20 раз и расход растворов до 0,1 кг/м2 (см. рис. 10, кривая 6).

Выполненные исследования подтверждаются опытно-промышлен­ны­ми испытаниями и внедрением способа создания ПФЗ с использованием попеременного режима обра­ботки пород (а.с. № 836277, МКП Е 02 В 3/16, С 09 К 17/00) на дражных полигонах Забайкалья (драга № 161, 165, 166).

 Комбинированная противофильтрационная защита плотины: 1 – водоподпорная-30

Рис.11. Комбинированная противофильтрационная защита плотины:

1 – водоподпорная плотина; 2 – противофильтрационный экран; 3 – порошок Nа-КМЦ; 4 – мокрый откос плотины; 5 – противофильтрационная завеса; 6 – вода; 7 – водо­непро­ницаемые подстилающие породы

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования позволяют обосновать четвертое научное положение:

Комбинированная противофильтрационная защита гидро­техни­че­ских сооружений, вклю­чаю­щая технологию создания противофильт­рацион­ной завесы путем попеременной обработки пород растворами на­трийкар­бок­си­метилцеллюлозы (Nа-КМЦ) и треххлори­стого железа (FeCl3), в ком­плек­се с противофильтрационным эк­раном, выполнен­ным из геотек­стильного мате­риала, обеспечивает надежность предо­хра­нения пород от промерзания затопле­нием за счет снижения водо­про­ницаемости пород в 15-20 раз.

Решению проблем водоподготовки, оборотного водоснабжения, спо­собов очистки сточных и оборотных вод посвящены труды известных ученых В.К. Багазеева, В.М. Герасимова, Г.В. Зубченко, В.Е. Кислякова, В.Р. Личаева, В.П. Мязина, В.В. Назарова, Ю.М. Овешникова, А.В. Рашкина, И.К. Скобеева, Б.Л. Тальгамера и др.

В комплексе горно-подготовительных работ при открытой разработ­ке россыпей оборотное водоснабжение, очи­стка сточных и оборотных вод ока­зывают значительное влияние на технико-экономические по­казатели ра­боты драги и промприбора. Анализ рабочих проектов дражной и гидро­ме­ха­низированной разработки россыпных месторождений, а также данные практики ведения открытых горных работ показывают, что степень осветле­ния технологической воды от взвешенных веществ, нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов не соответствуют требованиям природоохран­ного законодательства. Поэтому нами выполнены аналитические и лабора­торные исследования, промышленные испытания и внедрение спо­соба доочи­стки сточ­ных и обо­ротных вод на дражных и гидроме­ха­низи­рованных раз­ра­ботках золотонос­ных россыпей, основанного на физико-ме­ха­нической очи­стке их от загряз­нений с помощью фильтров, включающих геотекстиль­ные нетка­ные материа­лы, цеоли­ты и их комбинацию.

Пригодность и эффективность применения геотек­стиль­ных мате­риа­лов и цеолита определяется их физико-техниче­скими свойст­вами – водо­про­ницаемостью по отношению к дисперсион­ной среде и задержи­ваю­щей способностью по отношению к дисперсной фазе.

Геотекстильные материалы на основе синтетических материалов – полиамида, полиэфиров и полипропилена имеют высокую прочность на растяжение – от 70 до 600 н/см2 и высо­кий коэффициент фильтрации – от 40 до 50 м/сут, незначительный удельный вес и толщину. По структуре порового пространства они относятся к гетеропористым. Пористость опре­деляет их водопроница­емость и способ­ность задерживать загрязняю­щие вещества при филь­тровании растворов.

Лабораторные и аналитические исследования доочистки загрязнен­ной воды от взвешенных частиц и примесей проводились на установках, созданных на кафедре ОГР ЧитГУ, конструкция которых позволяет проводить исследования в условиях продольного и поперечного фильтрования, при трех режимах работы фильтра – напорном, безнапорном и капиллярно-сифон­ном, с использованием трех типов фильтровальных геотекстильных материалов – Дорнит, Нетканый, поролон и цеолита.

Промышленные испытания очистки и доочистки загрязненной воды от взвешенных веществ и примесей проводились в условиях старательской артели «Саяны» на россыпи р. Спорный. В процессе опытов определялся удельный расход воды, профильтрованной через геотекстильные и цеолитовые фильтры, и их задерживающая способность (рис. 12).

Рис. 12. Способ доочистки сточных и

оборотных вод:

А – узел водозаборного патрубка; 1 – отстойник загрязненных сточных вод; 2 – ограждающая дамба; 3 – верховой откос дамбы; 4 – низовой откос дамбы; 5 – водосбросная труба; 6 – съемный конусный водозаборный патрубок; 7 – сферическое основание водозаборного патрубка; 8 – съемный сливной патрубок; 9 – геотекстильный фильтровальный материал; 10 – генератор ультразвуковых колебаний; 11 – излучатели ультразвуковых колебаний; 12 – коаксиальный электрический кабель

Водопроницаемость фильтров определялась с учетом среднеарифметического значения количества профильтрованной воды (V, л) за время ее фильтрования (t, с) через площадь поперечного сечения фильтра (S, м2) по формуле

(18)

где Кф – водопроницаемость, л/(м2.с); V1, V2,...Vn – объ-

ем воды, профильтрованной через фильтр в каждом отдельном опыте, л; n – число опытов.

Лабораторными исследованиями установлено, что степень очистки загрязненной воды зависит от режима фильтрации, типа геотекстильного материала и дисперсности твердых фракций в исходной воде.

Максимальный эффект доочистки воды происходит при продольном фильтровании через Дорнит в капиллярно-сифонном режиме фильтрации (рис. 13).

а) б)

Рис. 13. Зависимость степени очистки воды от дисперсности твердых фракций в исходной воде, типа фильтрования и материала:

фильтрование: а) – поперечное; б) – продольное; 1 – поролон; 2 – Нетканый; 3 – Дорнит

По степени задерживающей способности твердых частиц Дорнит в 2…3 раза превосходит Нетканый геотекстильный материал и 7…8 раз поролон. При капиллярном подъеме (Нпод > 0,04 м) для фракций (d > 70 мкм) обеспечивается снижение содержания взвешенных веществ в фильтрате в тысячи раз, для фракций (d > 40 мкм) – в сотни раз, для фракций (d < 40 мкм) – в десятки раз. Расход воды через геотекстильный фильтр уменьшается при увеличении высоты капиллярного подъема воды, однако степень очистки ее при этом пропорционально возрастает.

Отмечено, что значительное количество загрязняющих веществ проникает через поры фильтроткани в фильтрат в начальный период процесса очистки загрязненной воды, поэтому мутность фильтрата также возрастает в начальный момент, а затем равномерно снижается и стабилизируется на одном уровне. При дальнейшем фильтровании загрязненной воды наблюдается постепенная закупорка пор фильтроткани и ее уплотнение. За счет этого происходит нелинейное снижение расхода воды через геотекстильный фильтр, которое зависит от времени фильтрования, дисперсности и концентрации загрязняющих веществ в исходной воде.

При использовании в качестве фильтровального материала цеолитсодержащих туфов Шивыртуйского и Балейского месторождений с диаметром зерен цеолита более 50 мкм и расходом 1…4 кг/(м2 филь­трующей поверхности) удельный расход воды через цеолитовый фильтр составил (0,7…3,0).10-3 м3/(с.м2), а скорость фильтрации изменялась от 10 до 40 м/сут (рис. 14).

Чем выше концентрация взвешенных веществ и примесей, тем интенсивнее происходит снижение удельного расхода воды. Через 10…12 суток наблюдается стабилизация расхода воды на уровне 3…5 м3/(ч.м2).

 Изменение удельного расхода воды при безнапорном режиме фильтрации через-36

Рис. 14. Изменение удельного расхода воды при безнапорном режиме фильтрации через труб­чатый фильтр:

1 – геотекстильный фильтр; 2 – цеолитовый фильтр



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.