Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2013, № 5 (спецвып.)

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ТРАНШЕЙНОГО СПОСОБА
ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННОЙ
РАЗРАБОТКИ САПРОПЕЛЕВЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ

В.А. Казаков

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

К 14 

622.271 
К 14 
 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.12 
 
 
 
 
 
 
Казаков В.А. 

Обоснование параметров траншейного способа гидромехани
зированной разработки сапропелевых месторождений // Горный
информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельная статья (специальный выпуск).— 2013. —
№ 5. — 12 с. — М.: издательство «Горная книга» 

ISSN 0236-1493 
 
Обоснованы параметры траншейного способа разработки сапропеля
землесосными снарядами с учетом его физико-механических свойств, 
обеспечивающие снижение потерь при добыче. 
Ключевые слова: гидромеханизированная разработка сапропелевых
месторождений, параметры траншейного метода, снижение потерь при
добыче  
 

УДК 622.271

©  В.А. Казаков, 2013 
©  Издательство «Горная книга», 2013 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2013 

 
 

Традиционно разработка месторождений сапропеля осуществляется средствами гидромехнизации — плавучими землесосными снарядами. Инженерно-геологические свойства полезного 
ископаемого и горно-геологические условия залегания определяют порядок отработки запасов и способ перемещения земснаряда: якорный (тросовый), свайно-тросовый или другие способы 
папильонирования. Выбор рациональных параметров технологии 
— важнейший фактор, определяющий эффективность работы 
земснаряда и предприятия (карьера) в целом. 
В подавляющем большинстве случаев разработка слабоуплотненного однородного сапропеля ведется землесосными снарядами 
свободным всасыванием без предварительного рыхления (эрозийный и контактный размыв), что обусловлено его высокой текучестью [5]. При таком непосредственном всасывании с эрозийным 
размывом сапропеля потоками воды, подтекающими к всасывающему наконечнику, земснаряды разрабатывают сапропель траншеями [1, 2], подвигаясь вперед и назад вдоль намеченной прорези с помощью так называемого якорного (тросового) папильонирования. 
Землесосный снаряд перемещается по траншее с помощью 
станового троса, закрепленного впереди по ходу снаряда. Длина 
разрабатываемой траншеи (прорези) и их количество в серии определяется длиной плавучего пульпопровода [3, 4], т.е. 

ПРОХ
L
≤
. .
ПЛАВ П
L
 После прохода траншеи землесосный снаряд одновременным травлением переднего и сматыванием троса заднего станового якоря совершает обратный холостой ход и перемещается подтягиванием на одном из боковых тросов в положение, 
смещенное на некоторое расстояние от оси пройденной траншеи, 
для следующего рабочего хода. Затем все движения повторяются 
и разрабатывается вся намеченная серия траншей (рис. 1). При 
первом проходе в результате рабочего перемещения земснаряда 
образуется траншея, имеющая в поперечном сечении форму треугольника с вершиной, направленной вниз. Образующийся в начальный момент выработки залежи профиль траншеи изменяется 
за счет сползания прилегающей к траншее слабоуплотненного 
сапропеля. После этого траншея приобретает установившийся 
профиль с естественными откосами. Согласно данным [5] угол 
первоначального (рабочего) откоса β равен двум углам естественного откоса ϕЕСТ , т.е. 
2
β =
⋅ϕЕСТ . 

Рис. 1. Траншейная схема рабочих перемещений 
 
По данным исследований Руденского С.С. [6] угол естественного откоса установившего профиля выработки ϕЕСТ  при добыче сапропелей никогда не будет меньше угла внутреннего трения сапропелей ϕ  при их естественной влажности, т.е. ϕ
≥ ϕ
ЕСТ
. 
На основании анализа работ [7, 8] составлена сводная таблица свойств сапропелей, определяющих их прочностные характеристики (табл. 1). 
По исследованиям проф. Добрецова В.Б. [9] траншеи целесообразно располагать параллельно друг другу на расстоянии между осями двух смежных траншей, равном ширине траншеи поверху. В этом случае потери полезного ископаемого составляют 
50 %. При этом ширина траншеи по верху определяется из значения угла рабочего откоса по выражению (1). Только в этом случае потери полезного ископаемого составят 50 %. При неперекрывающихся траншеях в процессе отработки месторождения 
обеспечивается максимальная производительность земснаряда, т. 
к. сапропель поступает к свободному всасу одновременно как с 
лобовой, так и с боковых сторон забоя. 
К тому времени, когда земснаряд, пройдя первую траншею 
на длину плавучего пульпопровода, вернется к началу заходки и 
начнет отрабатывать вторую траншею, ранее сформированные 
откосы выположатся. С учетом данного обстоятельства траншеи 
уже не будут в полной мере неперекрывающимися. Площадь се

чения второй и последующих траншей будет меньше площади 
сечения первой траншеи (прохода) на величину площади треугольника Δ АВС  (рис. 2). 
Ширина между двумя проходами при такой схеме определяется по формуле 

2
2
=
⋅
β − Δ
b
m ctg
, 
 (1) 

где m – мощность сапропеля, м; β — рабочий угол откоса 
(
2
β =
⋅ϕЕСТ ), град; Δ  — разность заложений естественного и рабочего угла откоса, м. 
Величину Δ  можно определить по формуле 

1
(
0,3
)
sin
Δ =
⋅
−
⋅
ϕ
β

ЕСТ
m
ctg
. 
 (2) 

 
Таблица 1  
Физико-механические свойства сапропелей 

Сапропели 
Наименование 
органические 
органогенные 
органоминеральные 
минерализованные 

Содержание органического вещества I , % 
70—90 
50-70 
30-50 
10-30 

Естественная влажность 
W, % 
16003000 
8501600 
350-850 
150-350 

Плотность твердой фазы γТ ,т/м3 
1,4-1,7 
1,7-2,0 
2,0-2,3 
2,3-2,6 

Плотность сапропеля в залежи γ зал ,т/м3 
1,011,02 
1,021,05 
1,05-1,14 
1,14-1,29 

Угол внутреннего трения 
ϕ , град 
1-3 
3-5 
5-10 
10-18 

Сцепление С, Н/м3 
2-3 
3-4 
4-15 
15-80 

 
Рис. 2. Схема к расчету параметров траншейного способа разработки при 
частично перекрывающихся выработках (потери 50 %) 

Рис. 3. Схема к расчету параметров траншейного способа разработки при 
неперекрывающихся выработках (потери 58,6 %) 
 
При абсолютно неперекрывающихся траншеях (рис. 3) с учетом времени оплывания потери при добыче будут максимальными. В этом случае их можно определить по формуле 

2
0,3
sin
100%
3
0,3
sin
−
⋅
ϕ
⋅
β
=
⋅
−
⋅
ϕ
⋅
β

ЕСТ

ЕСТ

ctg
П
ctg
. 
 (3) 

При этом ширина траншеи по верху определяется из значения угла естественного откоса по выражению (4) 

1
2
=
⋅
β + Δ
b
m ctg
. 
 (4) 

На практике и в литературных источниках сведений о том, 
что уменьшение площади сечения траншеи на площадь треугольника Δ АВС  повлечет за собой снижение (приводит к снижению) 
производительности земснаряда не приводится (отсутствует). т.е. 
этим условием пренебрегают, т.к. величина площади Δ АВС  занимает порядка 3-4 % от общей площади сечения траншеи. Исходя из этого, следует, что ширину прохода между смежными 
траншеями можно уменьшить на величину Χ , при условии, что 
площади треугольников Δ АВС  и 
1
1
Δ АВ С  будут равны (рис. 4). 
Значение Χ  можно определить по формуле 

2sin
sin(180
2 )
sin
ϕ
⋅
− β
Χ = Δ ⋅
β

ЕСТ
 
 (5) 

 

 
Рис. 4. Схема к расчету параметров траншейного способа разработки при 
частично перекрывающихся выработках по предлагаемому варианту (потери 41,1 %) 

Рис. 5. Схема разработки сапропелевого месторождения при траншейном 
способе рабочих перемещений по предлагаемому варианту 

 
Такой подход позволяет поддерживать ту же самую производительность, что и по традиционному способу, но при этом сократить потери еще на 7–10 %. В этом случае их можно рассчитать по формуле 

3
100%
4
⋅
β
=
⋅
b
tg
П
m
. 
 (6) 

Рис. 6. Изменение зависимости периода релаксации Трел (ч) от содержания 
органического вещества I (%) 
 
Расстояние между двумя смежными проходами земснаряда 
(ширина прохода) можно определить по формуле 

3
2
=
⋅
β − Δ − Χ
b
m ctg
. 
 (7) 

При обосновании параметров траншейного способа, при сохранении максимальной производительности, потери в залежи 
можно уменьшить, если учесть свойства сапропелей, в частности 
период релаксации (время оплывания откосов). 
Согласно исследованиям автора, потери в залежи можно 
уменьшить за счет сокращения длины прохода 
ПРОХ
L
 с учетом 
времени выполаживания 
РЕЛ
Т
 рабочего откоса. Суть этого суждения заключается в следующем: землесосный снаряд отрабатывает траншею не на полную длину плавучего пульпопровода, а 
частично в зависимости от времени оплывания подводных откосов (время релаксации сапропелей). После этого земснаряд возвращается в положение, смещенное на расстояние, равное ширине прохода 
3b , от оси пройденной траншеи и начинает отрабатывать следующую траншею, откос которой еще не успел оплыть, 
либо выположился незначительно. При такой схеме перемещений  

Рис. 7. Укрупненный алгоритм определения параметров траншейного способа гидромеханизированной разработки сапропелевых месторождений 

дополнительной перекладки якорей не требуется, т.к. меняется 
лишь длина прохода 
ПРОХ
L
. Схема разработки сапропеля при 
предлагаемом траншейном способе приведена на рис. 5. 
Длина прохода
ПРОХ
L
 (м) при такой организации порядка отработки определяется по формуле 

.
2
⋅
β⋅
⋅
≤
рел
з
прох
Q tg
T
k
L
m
, 
 (8) 

где Q  — производительность земснаряда по грунту естественной 
влажности, м3/ч; 
РЕЛ
Т
 — период релаксации сапропелей, ч; 
Зk  — 
коэффициент запаса, учитывающий скорость выполаживания откоса (
Зk =0,8÷0,95). 
График зависимости периода релаксации 
РЕЛ
Т
 от типа сапропелей приведена на рис. 6. 
По мнению проф. Добрецова В.Б. [9] увеличение количества траншей на единицу площади для сокращения потерь не дает 
должного эффекта, так как снижается производительность оборудования за счет уменьшения площади контакта рабочего органа с забоем. Однако, учитывая свойства илистых отложений, 
можно говорить о повторной отработке через промежуток времени Т , необходимый для полного выполаживания откосов траншеи (период релаксации). 
Но при повторной отработке площадь контакта рабочего органа с забоем также будет существенно ниже площади забоя первоначального прохода, что повлечет за собой снижение производительности. 
Блок-схема по обоснованию параметров траншейного способа гидромеханизированной разработки сапропелевых месторождений показана на рис. 7. 
Таким образом, обоснованы параметры траншейного метода гидромеханизированной разработки сапропелевых месторождений с учетом свойств сапропелей, которые обеспечивают сокращение потерь. Сокращение потерь позволяет повысить полноту извлечения запасов из недр и продлить срок службы действующих горнодобывающих предприятий. При этом установлено, 
что длину прохода землесосного снаряда необходимо определять