Гидромеханизация открытых горных работ. Гидромониторно-землесосные комплексы

ГИДРОМЕХАНИЗАЦИЯ
ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ 
РАБОТ

Гидромониторно-землесосные комплексы

Допущено
Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации
 по образованию в области горного дела в качестве  учебного пособия
для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки
21.05.04 «Горное дело» (специализация «Открытые горные работы»)

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

И.В. ДЕРЕВЯШКИН
Е.А. КОНОНЕНКО
А.В. ДЕМЧЕНКО

УДК 622(075.8)
ББК 33я73
 
Д36

Деревяшкин И.В.

Гидромеханизация открытых горных работ. Гидромониторно-земле
сосные комплексы  :  учебное пособие / И.В. Деревяшкин, Е.А. Кононенко, А.В. Демченко. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 149 с.  — (Высшее образование: Специалитет). — DOI 10.12737/21174.

ISBN 978-5-16-012217-5 (print)
ISBN 978-5-16-105077-4 (online)
В учебном пособии проанализированы состояние и направления совершен
ствования гидромеханизации на угольных разрезах Кузбасса, а также методические подходы обеспечения эффективной работы гидрокомплексов большой 
производительности. 

Приведенные в пособии материалы не только знакомят студентов с теорети
ческими вопросами применения мощных гидрокомплексов на открытых горных работах, но и позволяют выполнить практические задания, курсовой проект и специальную часть дипломного проекта. 

Соответствует Федеральному государственному образовательному стандар
ту высшего образования последнего поколения. 

Учебное пособие предназначено для изучения студентами очной и заочной 

форм обучения направления подготовки 21.05.04 «Горное дело» специализации 
«Открытые горные работы» теоретических разделов дисциплины «Гидромеханизация открытых горных работ», связанных с особенностями применения 
мощных гидромониторов и необходимостью увязки работы систем гидротранспортирования и водоснабжения гидрокомплексов карьера.

Может быть использовано студентами других специальностей для более глу
бокого изучения технологических расчетов гидромеханизации, а также инженерно-техническими работниками разрезов и проектных организаций.

УДК 622(075.8)

ББК 33я73

А в т о р ы:

Деревяшкин Игорь Владимирович, д-р техн. наук, профессор;
Кононенко Евгений Андреевич, д-р техн. наук, профессор;
Демченко Александр Васильевич, канд. техн. наук

Р е ц е н з е н т ы:

Протасов С.И., канд. техн. наук, профессор кафедры открытых горных работ 

Кузбасского государственного технического университета; 

кафедра открытых горных работ Сибирского государственного индустри
ального университета (заведующий кафедрой канд. техн. наук, доцент Чаплыгин В.В.)

ISBN 978-5-16-012217-5 (print)
ISBN 978-5-16-105077-4 (online)

© Деревяшкин И.В., Кононенко Е.А., 

Демченко А.В., 2016

Д36

Предисловие

Гидромеханизация горных работ представляет собой комплекс 

сооружений и механизмов, осуществляющий производственные процессы вскрышных и добычных работ с использованием энергии движущейся воды.

Гидромеханизация является весьма производительным способом 

ведения горных работ. Это объясняется тем, что в отличие от экскаваторной разработки (особенно машинами цикличного действия) 
она наиболее полно осуществляет поточность (непрерывность) всех 
процессов производства горных работ: отбойки, транспортировки 
и укладки породы в отвал или доставки полезного ископаемого потребителю, которые осуществляются непрерывно и одновременно.

Однако применение гидромеханизации наиболее целесообразно 

в случае разработки мягких сыпучих пород при наличии дешевых 
источников воды и электроэнергии.

Существует несколько схем гидромеханизации горных работ, ко
торые разделяют по способу производства процесса размыва горных 
пород:
• непосредственный размыв горной породы;
• размыв породы с предварительным ее рыхлением механическим 

способом (взрывчатыми веществами, экскаваторами, бульдозерами и т.п.);

• извлечение породы со дна водоемов силой потока воды, всасыва
емой специальными установками.
Объектами изучения могут быть: физико-технические свойства 

разрабатываемых горных пород при их гидравлической разработке, 
структура гидромониторно-землесосных комплексов и их формирование, обеспечение гидромониторов с использованием оборотной 
воды, теория и практика разрушения и размыва горных пород и их 
гидротранспортировка и укладка в гидроотвал.

Под совершенствованием процессов при гидромониторно-зем
лесосной технологии ведения горных работ понимаются следующие 
направления:

1. Подготовка горных пород к эффективному их размыву путем 

предварительного водонасыщения, механического рыхления или 
применения буровзрывных работ.

2. Гидравлические расчеты с целью оптимизации удельных рас
ходов воды и потребных напоров у насадки гидромонитора.

3. Определение источников водоснабжения, оптимизация объема 

водохранилища, типа насосов и их количества.

4. Оптимизация плотности гидросмеси и критической скорости 

потока при напорном гидротранспорте. Возможность применения 
безнапорного гидротранспорта.

5. Выбор места гидроотвала с целью максимально возможной его 

емкости по укладке смываемых пород и безопасной эксплуатации. 
Схемы намыва пляжа гидроотвала с целью сокращения времени до 
его необходимой консолидации. Мероприятия по улучшению осветления воды на гидроотвале и ее отвод.

В результате освоения дисциплины студент должен: 
знать

• свойства горных пород для определения возможности их отра
ботки гидромониторно-землесосным способом;

• виды технологий гидромониторно-землесосного способа и об
ласть его применения;

• уровень применения гидромеханизации при добыче полезных 

ископаемых открытым способом и место гидромеханизации 
в подготовительных и добычных процессах;

• краткую историю развития гидромеханизации открытых горных 

работ;

• современное состояние и перспективу развития гидромехани
зации открытых горных работ;

• основные понятия о технологических схемах и применяемом обо
рудовании;

• общие сведения об основных и вспомогательных процессах гид
ромеханизации открытых горных работ;

• порядок намыва пляжа гидроотвалов;
• суть комплексного использования вскрышных пород и охрану 

окружающей природной среды;

• правила безопасности ведения гидромеханизированных разра
боток;
уметь

• определять главные параметры работы гидромониторно-земле
сосного способа для простых условий;

• рассчитывать расходы воды и потребные напоры для работы гид
ромеханизации;

• рассчитывать линейные параметры забоев при вскрышных ра
ботах способом гидромеханизации;

• рассчитывать основные параметры гидроотвалов;
• рассчитывать экономическую эффективность предлагаемых про
ектных решений с учетом выполнения требований по охране 
окружающей природной среды;

владеть

• горной терминологией;
• навыками технического руководства по обеспечению высокоп
роизводительной работы гидромониторно-землесосного комплекса;

• инженерными методами расчетов всех технологических про
цессов гидромониторно-землесосного комплекса.
Учебное пособие и приведенные в нем справочные и норма
тивные документы дополняют основную рекомендуемую учебную 
литературу по дисциплине «Гидромеханизация открытых горных 
работ».

Учебное пособие создано авторским коллективом. Введение 

и глава 1 написана доктором технических наук, профессором И.В. Деревяшкиным, глава 2 и параграфы 4.2, 4.3 написаны кандидатом технических наук А.В. Демченко, глава 3 написана доктором технических 
наук, профессором Е.А. Кононенко, параграфы 4.1, 4.3, 4.4 и 4.5 написаны горным инженером А.А. Садыковым.

Авторы надеются, что приведенные в пособии теоретические 

и справочные материалы помогут студентам и инженерным работникам повысить эффективность гидромеханизации на открытых 
горных работах и будут признательны за отзывы и пожелания по 
улучшению учебного пособия.

Введение

Гидравлический способ разработки полезных ископаемых из
вестен давно, он применялся в основном на золотоносных приисках 
(россыпных месторождениях) при наличии необходимого количества воды и естественных уклонов для самотечного гидротранспорта горной массы.

В XIX в. проводились примитивные гидравлические работы для 

извлечения золота на приисках Урала, Сибири и в Калифорнии. 
В начале XX в. были произведены торфяные разработки с использованием гидромеханизации.

В предвоенный и послевоенный периоды гидромеханизация стала 

широко использоваться в гидростроительстве: при строительстве 
Волжской ГЭС, Волгостроя (21% всех земляных работ) и при восстановлении Беломорско-Балтийского канала (около 40% общего 
объема земляных работ). В угольной промышленности гидромеханизацию при строительстве Байдаковского и Люторического разрезов начали применять в 1939 г. В 1943 г. гидровскрышные работы 
были внедрены на Батуринском разрезе. 

После Великой Отечественной войны требовалось много угля для 

восстановления промышленности и обустройства быта. На угольных 
карьерах остались значительные объемы вскрышных пород, которые 
во время войны не вывозили в отвалы, а укладывали в контурах 
карьера из-за нехватки техники и рабочих рук. Эти навалы не позволяли эффективно работать по обеспечению угледобычи. Нужен 
был иной подход, новая идея и технология отработки вскрыши с минимумом использования технических средств. Для решения 
проблемы применили гидромеханизированную технологию без экскаваторов и средств карьерного транспорта, используя энергию 
движущегося потока воды. В сложных климатических условиях Сибири удалось использовать воду для размыва пород, транспортирования по трубам гидросмеси вскрышных пород и укладки ее в гидроотвалы. Упорство в достижении цели и вера в свою правоту, основанная на глубоком знании дела, позволили горнякам успешно 
решить поставленную задачу. 

В этот период в угольной промышленности на открытых работах 

гидромеханизация применялась на карьерах трестов «Вахрушевуголь», «Волчанскуголь», «Коркинуголь», «Райчихинскуголь», «Красноярскуголь», на строительстве Ермолаевского карьера, а с 1951 г. — 
на строительстве угольных карьеров Кузбасса.

При строительстве карьеров на месторождении Курской маг
нитной аномалии (КМА) гидромеханизация стала применяться 
с 1956 г. Земснаряды использовались при строительстве Стойленского и Южно-Лебединского карьеров. На железорудных карьерах 
Стойленского горно-обогатительного комбината (ГОК), Лебединского и Михайловского была освоена технология с использованием 
гидромониторно-землесосных комплексов с предварительным рыхлением пород буровзрывным способом. С помощью гидромеханизации было перемещено около 400 млн м3 вскрышных пород, представленных наносами.

В 70-80 гг. прошлого столетия при освоении газонефтяных мес
торождений Севера Западной Сибири были выполнены намывные 
работы в сложных горно-геологических и климатических условиях. 
Средствами гидромеханизации были намыты промышленные площадки для производства буровых работ и промышленного освоения 
этих месторождений, а также земляные насыпи для расположения 
коммуникаций к промышленным площадкам.

С помощью средств гидромеханизации на отечественных 

угольных разрезах и рудных карьерах перемещено свыше 1400 млн 
м3 вскрышных пород. В данном учебном пособии перспективы развития гидромеханизации рассмотрим на примере использования ее 
на предприятиях открытой угледобычи, где перемещено с помощью 
этой технологии около 1000 млн м3 вскрышных пород.

Динамика объемов гидровскрышных работ в Кузбассе за период 

1973–2014 гг. приведена на рис. В1 [11].

Наибольшие объемы были достигнуты в период с 1976 по 1979 г., 

когда ежегодно на угольных разрезах разрабатывалось по 
25–27 млн м3 вскрыши. В настоящее время в угольной промышленности гидромеханизация применяется, в основном, на разрезах Кузбасса, где разрабатывают ежегодно порядка 20 млн м3 вскрышных 
пород.

В 2003 г. гидромеханизацию применяли разрезы «Кедровский», 

«Моховский», «Сартаки», «Бачатский», «Талдинский» и «Ерунаковский» Угольной компании «Кузбассразрезуголь». Затраты на разработку вскрыши средствами гидромеханизации были в 1,31 раза ниже, 
чем при использовании автотранспорта, и в 1,65 раза ниже по сравнению с железнодорожным транспортом [11].

В 2004 г. в связи с отработкой наносов в контурах разрабатывае
мого карьера прекращает работу гидромеханизация на разрезе «Бачатский». В последние годы она применялась на втором и третьем 
уступах для отработки плотных пластичных глин при расстоянии 
транспортирования от забоя до гидроотвала почти 10 км и геодези

ческой высоте подъема гидросмеси 40 м. Планируется использовать 
опыт строительства гидроучастка разреза «Бачатский» для возрождения гидромеханизации на разрезе «Краснобродский». В соответствии с проработками института «Сибгипрошахт» средствами гидромеханизации целесообразно отработать 78 млн м3 глинистых 
вскрышных пород. Годовой объем работ гидромеханизации в соответствии с техническим заданием на проектирование составляет 

Примечание. Данные за 2012–2014 гг. без учета гидровскрыши навалов.

рис. В1. Динамика объемов гидровскрышных работ в Кузбассе

4 млн м3 в год. Для этого планируется применение двух гидротранспортных установок, оборудованных грунтовыми насосами 
ГрТ4000/71 с одной перекачной землесосной станцией. Транспортирование до гидроотвала по двум пульповодам осуществляется на расстояние 6,1 км, геодезическая высота подъема гидросмеси —30 м.

С целью определения современного состояния и возможности 

гидромеханизации на угольных разрезах проведем ретроспективный 
анализ развития гидровскрышных работ.

Гидромеханизация имеет целый ряд преимуществ и недостатков, 

которые специалистам хорошо известны. Главные ее достоинства 
(при наличии земель для гидроотвалов, рыхлых вскрышных, часто 
обводненных и налипающих пород, электроэнергии и воды) — это 
сравнительно недорогая техника и низкие эксплуатационные затраты на разработку вскрышных пород.

Сдерживающим фактором в наращивании объемов гидровс
крышных работ в начале 1970-х гг. было недостаточное количество 
и неудовлетворительные параметры применяемого оборудования. 
В 1970–1975 гг. было освоено новое оборудование: гидромониторы 
с повышенным напором ГМД-250М, мощные насосы ЦН-3000/197 
и гидромониторы ГМН-350. С 1979 г. все гидромониторы были переведены на дистанционное управление, что позволило повысить 
производительность гидротранспортных установок с 700 в 1965 г. до 
1386 тыс. м3 в 1985 г., снизить расход электроэнергии и обеспечить 
нормальные условия труда.

Начало 1980-х гг. характеризуется дальнейшим развитием новой 

техники и технологии гидровскрышных работ. Были созданы промышленные образцы грунтового насоса ЗГМ-3М с расходом 
3000 м3/ч и гидромонитора ГМСШ-300 на шагающем ходу, с дистанционным управлением и расходом 3000–3500 м3/ч. В настоящее 
время ООО «Юргинский машзавод» осваивает выпуск гидромониторов с дистанционным управлением марки Т (Т521, Т469 и Т469М) 
с расходом воды до 5500 м3/ч [10]. 

С целью расширения области применения гидромеханизации 

в направлении разработки плотных и пластичных четвертичных 
вскрышных пород был изготовлен гидрокомбайн. Рациональность 
идеи такого комбайна не вызывает сомнений: использование механической подрезки уступа, после которой он обрушается под действием гравитации, вместо подрезки уступа струей гидромонитора. 
Кроме того, комбайн оснащен двумя гидромониторами, один из которых (для разрушения пород) расположен на стреле и приближен 
к забою, а другой (для смыва пород) — на базе гидрокомбайна.

Проблема разработки плотных пластичных глин на гидротранспорт 

была окончательно решена благодаря внедрению буровзрывного или 
экскаваторного (драглайном) рыхления глин перед размывом. Наибольшее распространение буровзрывной способ рыхления глин по 
сравнению с гидромониторным размывом получил на предприятиях 
Центрального Кузбасса (разрезы им. 50-летия Октября и «Моховский»). Рыхление глин перед размывом драглайном успешно реализовывалось на разрезах «Черниговец» и «Кедровский». Подобные 
схемы хорошо изучены и используются в качестве типовых. Целый 
комплекс машин был задействован в 1973–1974 гг. на разрезе им. 
50-летия Октября во время промышленных испытаний технологии 
отработки полускальных пород на гидротранспорт (рис. В2).

Взорванные песчаники, аргиллиты и алевролиты экскаватором 

ЭКГ-4,6 из забоя подавались в приемный бункер самоходного дробильного агрегата АДП-400. После измельчения в дробилке агрегата 
порода по отвальной консоли поступала в бункер-смеситель, где 
происходил процесс ее смешивания с водой.

Образовавшуюся гидро смесь загрузочным аппаратом АЗТ-500 

подавали по трубам на гидро отвал. Расстояние транспортирования 
составляло 2300 м, геодези ческая высота подъема — 51 м. Максимальный размер кусков породы, подаваемой в дробильный агрегат, 
не превышал 900 мм, после дробления — 180–200 мм. За время испытаний разработано 202 тыс. м3 полускальных вскрышных пород. 
Межведомственная комиссия присвоила агрегату АДП-400 высшую 
категорию качества. Однако затраты на разработку 1 м3 полускальных пород по такой технологии составили в то время 1,12 руб., 
а при применении авто- и железнодорожного транспорта — соответственно 80 и 60 коп.

Период 1985–1990 гг. характеризовался усложнением гидро
транспортных систем (рис. В3), вызванным удалением гидромони
рис. В2. Гидрокомплекс на разрезе им. 50-летия Октября 

ПО «Кемеровоуголь»