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

202УЧЕБНОЕ 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-землесосные 
комплексы  :  учебное пособие / И.В. Деревяшкин, Е.А. Коно-
ненко, А.В. Демченко. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 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 совершенствования 
гидромеханизации на угольных разрезах Кузбасса, а также методические 
подходы обеспечения эффективной работы гидрокомплексов большой 
производительности. 

Приведенные в пособии материалы не только знакомят студентов с теоретическими 
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 стандарту 
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 гидротран-
спортирования и водоснабжения гидрокомплексов карьера.

Может быть использовано студентами других специальностей для более глубокого 
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 индустриального 
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, бульдозе-
рами 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 формиро-
вание, 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 освет-
ления 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 гидромеханизации 
открытых горных работ;

 
• основные понятия о технологических схемах и применяемом оборудовании;

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

 
• порядок намыва пляжа гидроотвалов;

 
• суть комплексного использования вскрышных пород и охрану 

окружающей природной среды;

 
• правила безопасности ведения гидромеханизированных разработок;

уметь

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

 
• рассчитывать расходы воды и потребные напоры для работы гидромеханизации;

 
• 
рассчитывать линейные параметры забоев при вскрышных работах 
способом гидромеханизации;

 
• рассчитывать основные параметры гидроотвалов;

 
• рассчитывать экономическую эффективность предлагаемых проектных 
решений с учетом выполнения требований по охране 
окружающей природной среды;

владеть

 
• горной терминологией;

 
• навыками технического руководства по обеспечению высокопроизводительной 
работы гидромониторно-землесосного комплекса;

 
• 
инженерными методами расчетов всех технологических процессов 
гидромониторно-землесосного комплекса.
Учебное пособие и приведенные в нем справочные и нормативные 
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. Де-
ревяшкиным, глава 2 и параграфы 4.2, 4.3 написаны кандидатом технических 
наук А.В. Дем ченко, 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 известен 
давно, он применялся в основном на золотоносных приисках 
(россыпных месторождениях) при наличии необходимого коли-
чества воды и естественных уклонов для самотечного гидротранс-
порта 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 использо-
ванием гидромеханизации.

В предвоенный и послевоенный периоды гидромеханизация стала 

широко использоваться в гидростроительстве: при строительстве 
Волжской ГЭС, Волгостроя (21% всех земляных работ) и при восста-
новлении Беломорско-Балтийского канала (около 40% общего 
объема земляных работ). В угольной промышленности гидромеха-
низацию при строительстве Байдаковского и Люторического раз-
резов 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 по-
зволяли эффективно работать по обеспечению угледобычи. Нужен 
был иной подход, новая идея и технология отработки вскрыши с ми-
нимумом использования технических средств. Для решения 
проблемы применили гидромеханизированную технологию без эк-
скаваторов и средств карьерного транспорта, используя энергию 
движущегося потока воды. В сложных климатических условиях Си-
бири удалось использовать воду для размыва пород, транспортиро-
вания по трубам гидросмеси вскрышных пород и укладки ее в гид-
роотвалы. Упорство в достижении цели и вера в свою правоту, осно-
ванная на глубоком знании дела, позволили горнякам успешно 
решить поставленную задачу. 

В этот период в угольной промышленности на открытых работах 

гидромеханизация применялась на карьерах трестов «Вахрушеву-
голь», «Волчанскуголь», «Коркинуголь», «Райчихинскуголь», «Крас-
ноярскуголь», 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 Стойленс-
кого 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 месторождений 
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 «Ерунаков-
ский» 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 разрабатываемого 
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 гидровскрышных 
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 гидромони-
торов 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 меха-
нической подрезки уступа, после которой он обрушается под дей-
ствием гравитации, вместо подрезки уступа струей гидромонитора. 
Кроме того, комбайн оснащен двумя гидромониторами, один из ко-
торых (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. Наи-
большее распространение буровзрывной способ рыхления глин по 
сравнению с гидромониторным размывом получил на предприятиях 
Центрального Кузбасса (разрезы им. 50-летия Октября и «Мохов-
ский»). Рыхление глин перед размывом драглайном успешно реали-
зовывалось 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 дро-
бильного 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. Макси-
мальный размер кусков породы, подаваемой в дробильный агрегат, 
не превышал 900 мм, после дробления — 180–200 мм. За время ис-
пытаний разработано 202 тыс. м3 полускальных вскрышных пород. 
Межведомственная комиссия присвоила агрегату АДП-400 высшую 
категорию качества. Однако затраты на разработку 1 м3 полу-
скальных пород по такой технологии составили в то время 1,12 руб., 
а при применении авто- и железнодорожного транспорта — соответ-
ственно 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»