Искусственный напор на гидравлических установках создается насосами, которые, смотря по местным условиям, могут быть установлены вблизи разрабатываемой россыпи или на некотором расстоянии от нее. В первом случае длина водопровода минимальна и надобность в канавах или сплотках для подвода воды отпадает; во втором напорную воду от насосной установки подводят по трубам, канавам или сплоткам.
Наибольшее распространение получили гидроустановки с естественным напором воды при применении шлюзового и элеваторного способов разработки.
При использовании естественного напора, кроме необходимости обеспечения водой основных операций в забое (разрушение, размыв и перемещение породы, подъем ее на шлюзы), следует учитывать потребность в воде и для вспомогательных операций, например таких, как оттаивание пойнтами, подача безнапорной воды на шлюз и др.
Некоторые гидравлические установки работают на комбинированном напоре, который создается повышением естественного напора с помощью насосов.
Самоходный гидромонитор.
При благоприятном рельефе поверхности искусственный напор часто является первой ступенью, а естественный — второй.
Для разработки вечномерзлых россыпей гидравлические установки с искусственным напором, а также и комбинированные применяются редко из-за большой энергоемкости.
Преимущество гидравлических установок, работающих на естественном напоре, заключается в том, что им не нужна электроэнергия. К недостаткам таких установок относится необходимость строительства и поддержания длинных водоподводящих канав, сплоток и других гидротехнических сооружений, невозможность регулирования напора, а также использования оборотной воды и, следовательно, — зависимость установки от источника водоснабжения.
При работе гидравлических установок с искусственным напором не требуется водоподводящих канав, возможно регулировать напор и использовать оборотную воду. Производительность этих установок, как правило, выше производительности установок с естественным напором. Недостаток гидроустановок, работающих на искусственном напоре, — большой расход электроэнергии. Поэтому общие эксплуатационные расходы, в значительной мере зависящие от стоимости электроэнергии, на установках с искусственным напором выше, чем на установках с естественным напором.
До начала разработки золотоносной россыпи проводятся дренажные работы для отвода поверхностных вод и стока излишней воды из рабочего забоя в капитальную канаву, размер которой определяется расчетом в каждом отдельном случае по максимальному расходу. Отработка россыпи начинается с зарезки первоначального забоя.
В зависимости от направления фронта очистных работ и транспортировки пульпы на промывочные приборы различают системы разработки попутными, встречными и боковыми забоями. При системах разработки попутными и боковыми забоями гидромониторы устанавливают на плотике или на поверхности россыпи, а при системе разработки встречными забоями — на плотике.
В зависимости от направления очистных работ относительно простирания россыпи каждая из трех названных систем разработки может быть продольной или поперечной.
При системе разработки попутными забоями вдоль и поперек россыпи проводят канавы для подачи пульпы к промывочному прибору. Их «роют» гидромониторами или же механическими средствами — канавокопателями, экскаваторами, бульдозерами.
При проведении канавы с помощью гидромониторов совпадение направления движения пульпы с направлением струи напорной воды при отбойке породы создает благоприятные условия для подгонки песков в канаву или зумпф, поэтому искусственная обводненность разреза при системе разработки попутными забоями меньше, чем при других системах.
Система разработки встречными забоями хороша только при уклоне плотика, достаточном для самотечного перемещения пульпы. Направление движения пульпы противоположно направлению струи гидромонитора. Применение для перекачки пульпы при недостаточном уклоне плотика гидроэлеваторов или землесосов нецелесообразно, так как это снижает производительность гидроустановки, осложняет работы и лишает систему встречных забоев ее основного преимущества — самотечного перемещения пульпы. Обводненность разреза, особенно при отсутствии необходимого уклона, больше, чем при системе разработки попутными забоями.
При системе разработки встречными забоями нет необходимости в нарезных канавах.
Систему разработки боковыми забоями применяют при разработке широких долинных россыпей отдельными разрезами. Работы ведут с опережающими встречными забоями, что способствует большой производительности гидромониторов.
Независимо от системы разработки верхний торфянорастительный слой грунта снимают бульдозерами, чтобы использовать для оттайки солнечное тепло.
Систему разработки выбирают в каждом случае в зависимости от типа россыпи, а также от геологических и горнотехнических условий.
Россыпи, сложенные каменистыми и глинистыми породами, плохо поддаются размыву напорной водой, поэтому использование гидроустановок в таких условиях малоэффективно. Тяжелые породы разрабатывают комбинированными способами, при которых, наряду с гидромониторами, применяют рыхлители или вспомогательные землеройные машины. В качестве примера можно назвать совместную работу гидромониторов и бульдозеров. Бульдозер «подбирает» и собирает в кучи добытую породу, а гидромонитор измельчает и транспортирует ее к промывочному прибору.
В северных и восточных районах нашей страны — на Лене, в Магаданской области, в Забайкалье, на Амуре, где россыпи, как правило, находятся в вечномерзлом состоянии, гидравлический способ разработки с естественным напором был впервые применен сравнительно недавно.
В 1942 г. на прииске Ат-Урях Ягоднинского района Магаданской области была построена плотина. Из созданного водохранилища по сплоткам протяженностью 15 км воду стали подавать к водонапорному баку, а оттуда к гидромониторам, с помощью которых разрабатывались пески. Напор воды составлял 5 ат, что позволяло размывать пески, транспортировать их и обогащать. Вследствие ограниченности запасов воды в первый год эксплуатации работало всего пять гидромониторов, из них три на размыве и два на хвостах.
Несмотря на сравнительно высокую производительность труда, достигаемую при разработке россыпей способом гидромеханизации, стоимость переработки 1 м3 горной массы этим способом за последние годы повысилась почти в полтора раза. Это объясняется ростом числа установок с искусственным напором при относительно высокой стоимости электроэнергии. Расходы на переработку 1 м3 вечномерзлой горной массы при естественном напоре воды в 3–4 раза меньше, чем при искусственном.
Однако при снижении стоимости электроэнергии и благоприятных гидрогеологических условиях возможности разработки вечномерзлых россыпных месторождений способом гидромеханизации будут значительно расширены, особенно в тех районах, где достаточно источников водоснабжения и экономически невыгодно применять дражный способ разработки.
Вода служит также средством транспорта породы от забоя. При безнапорном гидротранспорте пески перемещают от забоя к шлюзам, зумпфам или пульпоподъемникам самотеком — по канавам, лоткам или трубам.
По грунтовым канавам, ввиду их значительных сопротивлений, пульпу транспортируют только при больших уклонах. Обычно в канавы укладывают желоба из дерева или листовой стали. При отсутствии необходимого уклона для самотечной транспортировки пульпы по лоткам и канаве породу «подгоняют» струей гидромонитора. При этом, однако, происходит чрезмерное разжижение пульпы. Кроме того, сильно возрастает расход напорной воды — это не всегда приемлемо при ограниченных водных ресурсах.
При напорном гидротранспорте до недавнего времени пульпу из разреза на шлюзы, установленные на его борту, поднимали гидроэлеваторами.
Уже в самом термине «гидроэлеватор» расшифровано назначение этой установки — подъем водой. В основу работы гидроэлеватора положен принцип непосредственной передачи энергии одного потока другому.
Рабочей жидкостью в гидроэлеваторе служит вода, а транспортируемой — либо только вода, либо вода с твердыми частицами измельченной породы — пульпа.
Принцип действия гидроэлеватора весьма прост. Рабочая жидкость подается в трубу, оканчивающуюся насадкой. Вытекая из насадки под давлением в виде компактной струи, вода поступает в специальную камеру и, протекая по ней, увлекает за собой воздух, вследствие чего в камере создается вакуум. Благодаря вакууму, по другой трубе происходит засасывание транспортируемой жидкости в камеру, где она перемешивается с рабочей жидкостью.
Еще в 1886 г. горный инженер М. А. Шостак впервые применил гидроэлеватор при разработке золотосодержащих пород Куджертайского прииска. В. А. Ячевский писал об этом: «20 сентября 1886 г., т. е. тот день, когда впервые нам пришлось увидеть совместную работу элеватора и брызгала, бесспорно, должен быть записан блестящими буквами в историю сибирской золотопромышленности».
Конструкции гидроэлеваторов непрерывно совершенствуются. Применение этих устройств при разработке золотосодержащих россыпных месторождений очень разнообразно. Их используют для гидротранспорта, для разгрузки отсадочных машин и съемки концентратов со шлюзов, для транспортировки эфелей из-под грохотов на отсадочные машины, для водоотлива и т. п. В зависимости от условий работы гидроэлеватор устанавливают в горизонтальном, вертикальном или наклонном положении.
При всех неоспоримых достоинствах гидроэлеваторы имеют и существенный недостаток — очень низкий коэффициент полезного действия (не более 0,2). Именно это обстоятельство вызвало необходимость создания более экономичных механизмов. В настоящее время гидроэлеваторы применяются, как правило, только при избытке напорной воды. На смену гидроэлеваторам приходят более производительные машины — землесосы.