CC BY
15
УДК.622.271
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ МАШИН ПОСЛОЙНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ
А.Ю. Чебан, Н.П. Хрунина
Предлагается технологическая схема разработки сложноструктурного Ошурковского месторождения апатитов с применением горной фрезы, оборудованной автоматической системой контроля кондиционности горной массы и усовершенствованных одноковшовых погрузчиков. С помощью автоматической системы контроля кондиционности горной массы осуществляется дифференциация фрезеруемых полос на участки, в зависимости от содержания полезного компонента, путем интегрирования информации от датчиков и получения средних показателей по ширине полосы фрезерования. Ковш погрузчика предлагается оснастить поворотным козырьком для эффективного разделения горной массы на границе участков и увеличения коэффициента наполнения ковша.
Ключевые слова: месторождение апатитов, горная фреза, послойно-полосовая отработка, горная масса, выемка, одноковшовый погрузчик, автосамосвал.
В связи с ужесточением экологических требований разработка некоторых месторождений традиционными способами с применением буровзрывных работ становится невозможной. В ряде случаев нежелательно применение взрывного рыхления при разработке сложноструктурных месторождений, поскольку при взрыве происходит перемешивание полезного ископаемого и пустых пород, что приводит к снижению качества получаемой рудной массы [1]. Особенно важна раздельная выемка на месторождениях с низкими содержаниями полезного компонента в руде.
Ошурковское месторождение апатитов является типичным сложно-структурным месторождением с низким содержанием полезного компонента в руде, оно расположено в республике Бурятия, в 12 км к северо -западу от г. Улан-Удэ, на левом берегу реки Селенга. Запасы апатитовых руд на Ошурковском месторождении составляют 996 млн т апатита или 39 млн т пентаоксида фосфора Р2О5, содержание пентаоксида фосфора Р2О5 в концентрате 35...37 %, выход концентрата 12,4...16,6 % от общей массы руды, извлечение апатита превышает 90 % [2]. Апатитовая минерализация прослежена на глубину свыше 600 м.
Ошурковское месторождение сложено различными по составу породами, контакты между которыми постепенные и расплывчатые. На месторождении апатит является одним из породообразующих минералов практически во всех разновидностях пород [3]. Распределение апатита в массиве крайне неравномерное, причем содержание изменяется не только в породах разного состава, но и в одной и той же породе, что связано с постмагматическими процессами (рис. 1).
Рис. 1. План изолиний содержания Р2О5 Ошурковского месторождения по С.В. Костромину (1964г): 1 - четвертичные отложения; 2 - граниты лейкократовые; 3 - метапороды (гнейсы, мигматиты); 4 - сиениты (краевая фракция гранитов); 5 - лейкократовые габброиды; 6 - мезократовые габброиды; 7 - меланократовые габброиды. Содержание Р2О5: 8...5 % и более; 9 - от 4 до 5 %; 10 - от 3,5 до 4 %; 11 - от 3 до 3,5 %; 12 - от 2 до 3 %; 13 - от 1 до 2 %; 14 - линии разрывных нарушений (а - установленные, б - предполагаемые)
Среднее содержание Р2О5 в кондиционных рудах Ошурковского месторождения составляет 4,37 % при бортовом содержании 3,5 %, в руд-
ных телах имеются участки некондиционной руды с содержанием Р2О5 от 1 до 3,5 % (в среднем 2,84 %). Участки кондиционных и некондиционных руд образуют сплошные рудно-породные зоны различных форм размеров и структур. Неравномерное распределение и низкое содержание полезного компонента в массиве требует ведения селективной выемки рудной массы с обеспечением минимально возможного примешивания вмещающих пород при добыче. Кроме того, наличие значительных экологических ограничений [4], исключающих возможность освоения месторождения с применением буровзрывных работ, предопределяет необходимость применения механической выемки горных пород из массива.
Для безвзрывной разработки полускальных горных пород достаточно успешно используются статические и динамические рыхлители на гусеничных тракторах, гидравлические молоты и рыхлители, устанавливаемые в качестве сменного оборудования на одноковшовые экскаваторы [5]. Недостатками применения подобного оборудования являются выход крупных отдельностей, требующих дополнительного дробления, относительно невысокая производительность работ машин циклического действия. Более эффективным оборудованием являются машины послойного фрезерования, к которым относятся карьерные комбайны и горные фрезы. Наибольшее распространение в горном производстве получили карьерные комбайны, которые применяются на разработке месторождений таких полезных ископаемых как уголь, фосфориты, апатиты, бокситы, известняки [6 -9]. Карьерные комбайны обеспечивают рыхление массива фрезерным рабочим органом и последующую погрузку полученной горной массы в транспортные средства посредством конвейеров.
В случае неконтролируемой валовой выемки в процессе послойно-полосовой отработки карьерными комбайнами рассматриваемого месторождения неизбежно произойдет перемешивание в кузове транспортного средства кондиционной и некондиционной руды, а также пустой породы с усреднением содержания в рудном потоке, что приведет к дополнительным потерям полезного ископаемого из-за его разубоживания [10]. С целью контроля содержания полезного компонента в горной массе для условий Ошурковского апатитового месторождения в исследовании [10] предлагается использование на карьерном комбайне контрольно-измерительного комплекса, работа которого основана на применении рент-генорадиометрического способа. Контрольно-измерительный комплекс предлагается устанавливать над разгрузочным конвейером карьерного комбайна на высоте 500.700 мм от поверхности движущейся горной массы. На каждой порции горной массы (объем кузова автосамосвала) предлагается выполнять не менее 60 измерений, по которым рассчитывается среднее содержание Р2О5 в загружаемой кузов горной массе, после чего автосамосвал получает адрес разгрузки.
Добытая горная масса со средним содержанием полезного компонента выше промышленного отгружается на склад обогатительной фабрики, со средним содержанием выше бортового, но ниже промышленного -на временный склад для последующего предварительного обогащения, а с содержанием ниже бортового - в отвал.
Недостатком данной технологии является валовая погрузка горной массы с различным содержанием полезного компонента в кузов автосамосвала, где она перемешивается, таким образом, контрольно-измерительный комплекс обеспечивает лишь более точное определение среднего содержания полезного компонента в порции горной массы. Устранить данный недостаток возможно в случае селективной погрузки карьерным комбайном горной массы с разным содержанием полезных компонентов в различные автосамосвалы. Однако это приведет к большим простоям комбайна при постоянной смене автосамосвалов, а также простоям нескольких самосвалов, последовательно загружаемых разносортной горной массой, в ожидании полной загрузки, либо самосвалы будут транспортировать горную массу с не полностью загруженными кузовами.
Обеспечить процесс фрезерования массива без остановок на замену автосамосвалов позволяют горные фрезы, данные машины в сравнении с карьерными комбайнами являются более компактным и маневренным оборудованием, что особенно важно в случае разработки месторождения полосами небольшой протяженности. Горные фрезы оставляют разрыхленную горную массу в отрытой траншее, в связи, с чем они работают совместно с погрузочными или выемочно-транспортирующими машинами [11, 12]. В настоящее время совершенствование горных технологий идет, в том числе за счет внедрения интеллектуальных систем управления горными и транспортными машинами, с применением систем дистанционного управления и навигации [13-16]. Разрабатываются и готовятся к внедрению системы автоматического движения карьерного транспорта, для которых требуются системы навигации класса точности порядка нескольких миллиметров [17, 18]. Снижение стоимости устройств, антенн и датчиков, рост их технических характеристик, открывают новые возможности развития автоматизированных систем управления горным производством, диспетчеризации, оперативного получения текущих данных по предприятию и отдельным его участкам [19].
Авторами предлагается усовершенствованная технологическая схема разработки Ошурковского апатитового месторождения с применением горной фрезы 1, погрузчика 2 и автосамосвалов 3 (рис. 2). Горную фрезу 1 предлагается оборудовать автоматической системой 4 контроля кондиционности горной массы с дистанционным контроллером, которая включает датчики 5, установленные на консоли 6 за рабочим органом 7 горной фрезы 1 на высоте 500.700 мм от верхней части разрыхленной горной массы, и систему обработки информации.
Рис. 2. Схема разработки сложноструктурного месторождения с применением горной фрезы, оборудованной автоматической системой контроля кондиционности горной массы
Дистанционный контроллер представляет собою компактный электронный самописец, регистрирующий перемещения горной фрезы путем записи в виде точек с географическими координатами, полученными со спутников глобальной навигационной системы GPS или ГЛОНАСС [19]. Горной фрезой 1 ведется рыхление массива пород полосами 8 с оставлением полученной горной массы в траншее. С помощью автоматической системы 4 контроля кондиционности горной массы осуществляется дифференциация полос 8 на участки в зависимости от содержания полезного компонента, путем интегрирования информации от датчиков 5 и получения средних показателей по ширине 9 полосы 8 фрезерования. Автоматической системой создается электронная план-карта отфрезерованных полос с выделением участков горной массы 10, 11, 12 со средним содержанием полезного компонента, соответственно: выше промышленного; выше бортового, но ниже промышленного; ниже бортового. Данная информация с использованием сети Wi-Fi поступает на одноковшовый погрузчик 2 и
отображается на дисплее, установленном в кабине оператора, с указанием местоположения самого погрузчика. Оператор погрузчика, на основании данных электронной план-карты участков, осуществляет селективную выемку разрыхленной горной массы и погрузку ее в автосамосвалы 3, после чего водитель автосамосвала получает адрес разгрузки горной массы: на склад обогатительной фабрики; на временный склад для последующего предварительного обогащения; в отвал.
В горном деле одноковшовые погрузчики используются преимущественно для работы с разрыхленной горной массой, находящейся в штабеле или развале. Заполнение ковша горной массой может осуществляться раздельными, либо совмещенными способами. Совмещенные способы заполнения (внедрение ковша с подъемом стрелы и поворотом ковша; внедрение ковша с подъемом стрелы) могут осуществляться только при выемке горной массы из штабеля или развала. При раздельном способе ковш внедряется в горную массу под действием напорного усилия ходового оборудования, после окончания этой операции машинист поворачивает ковш. К разновидности раздельного способа погрузки относят послойную выемку (скреперный способ) относительно тонким слоем (стружкой) некоторых мягких пород, находящихся в естественном залегании, или предварительно послойно разрыхленных более прочных пород. К недостаткам скреперного способа заполнения ковша погрузчика при выемке предварительно послойно разрыхленной горной массы можно отнести невысокий коэффициент наполнения ковша, частичное просыпание горной массы из призмы волочения при повороте ковша, перемешивание в призме волочения горной массы различных кондиций при работе на границе участков.
Для устранения перечисленных недостатков авторами предлагается дополнительное оборудование в виде поворотного козырька 1 на ковш 2 погрузчика (рис. 3). При загрузке скреперным способом ковш 2 погрузчика внедряется в слой 3 разрыхленной горной массы, при этом днище ковша 2 наклонено к опорной поверхности под углом 5-7о. На начальном этапе, когда ковш 2 погрузчика пустой, разрыхленная горная масса легко продвигается в него, но по мере заполнения сопротивления продвижению возрастают, а поскольку рыхлая горная масса не имеет пробивной силы, перед ковшом начинает образовываться призма волочения 4, способствующая дальнейшему наполнению ковша 2. После наполнения ковша 2 горной массой или его приближения к границе 5 участка 6 с другим содержанием полезного компонента, погрузчик замедляет движение, одновременно начинает выдвигаться гидроцилиндр 7 привода и через рычаг 8 осуществляется закрытие (опускание) подвижного козырька 1. При этом происходит разделение подвижным козырьком 1 горной массы по границе участка, призма волочения 4 оказывается внутри ковша 2, что увеличивает коэффициент его заполнения, а, следовательно, и производительность одноковшового погрузчика.
Рис. 3. Схема работы одноковшового погрузчика с поворотным козырьком на заключительном этапе заполнения ковша
скреперным способом
Ковш 2 поворачивается, стрела 9 поднимается, и погрузчик перемещается к автосамосвалу, перед разгрузкой ковша шток гидроцилиндра 7 втягивается и поворотный козырек 1 поднимается.
Предлагаемая технология разработки сложноструктурного месторождения с применением горной фрезы, оборудованной автоматической системой контроля кондиционности горной массы и усовершенствованных одноковшовых погрузчиков, позволяет вести непрерывное фрезерование массива, осуществлять селективную выемку горной массы с высоким коэффициентом заполнения ковша погрузчика и расширяет технологическую эффективность ведения добычных работ.
Список литературы
1. Пихлер М., Панкевич Ю.Б. Опыт селективной разработки месторождения гипса комбайнами Wirtgen 2200БМ (штат Колорадо, США) // Горная промышленность. 2007. № 1. С. 38-40.
2. Смирнов Ф.Л. Геология апатитовых месторождений Сибири. Новосибирск: Наука СО, 1980. 174 с.
3. Егорова Н.Н., Новикова А.Н. Петрографические особенности ме-тосамотически измененных сиенитно-диоритовых и диоритовых пород Ошурковского месторождения апатита // Материалы по геологии и полезным ископаемым Бурятской АССР. Вып. XIII. г. Улан-Удэ, 1970. С. 119130.
4. Викулов В.Е., Ширапова С.Д. Эколого-экономические экспертизы технических проектов освоения Ошурковского месторождения // Вестник Бурятского государственного университета. 2012. № 4. С. 36-40.
5. Чебан А.Ю., Хрунина Н.П. Использование горного оборудования для механического разрушения скальных и полускальных пород // Горная промышленность. 2014. № 2. С. 104-107.
6. Пихлер М., Панкевич Ю.Б. Комбайны Wirtgen Surfase Miner на открытых горных работах: история развития, масштабы применения и перспективы расширения // Горная промышленность. 2009. № 2. С. 54-57.
7. Чебан А.Ю. Селективная разработка Эльгинского угольного месторождения с применением выемочно-сортировочного комплекса // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. № 4. С. 247-254.
8. Чебан А.Ю. К вопросу об определении производительности карьерных комбайнов в различных условиях эксплуатации // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 3. С. 145-148.
9. Wirtgen surface mining for selective limestone mining in the North Caucasus. Russia // Zement-Kalk-Gips Int. 2014. V. 67. No. 10. P. 18-19.
10. Швабенланд Е.Е. Управление грузопотоками при послойно -порционной разработке сложноструктурных месторождений комбайнами фрезерного типа // Рациональное освоение недр. 2016. № 3. С. 70-75.
11. Фризен А.П. Vermeer T 1255TL - универсальные машины для выполнения вскрышных и добычных работ в карьерах // Горная промышленность. 2012. № 3. С. 56-57.
12. Чебан А.Ю. Скрепер с комбинированной интенсификацией загрузки ковша // Механизация строительства. 2015. № 4. С. 4-6.
13. Зырянов И.В., Ильбульдин Д.Х., Кондратюк А.П. Параметры системы дистанционного управления горнотранспортным оборудованием в условиях Удачнинского ГОКа // Горная промышленность. 2016. № 5. С. 49-52.
14. Роботизированные горнотехнические системы при открытой разработке месторождений полезных ископаемых / К.Н. Трубецкой, Д.Я. Владимиров, И.А. Пыталев, Т.М. Попова // Горный журнал. 2016. № 5. С. 21-26.
15. Применение интеллектуальных систем при открытой разработке угольных месторождений с высокими вскрышными уступами / М.В. Рыль-никова, Д.Я. Владимиров, В.С. Федотенко, Е.Н. Есина // Горный журнал. 2018. № 1. С. 32-35.
16. Горев П.А., Костиков В.Г. Система высокоточной спутниковой навигации для управления процессами открытых горных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. № 9. С. 232-235.
17. Mena R. et al. Availability-based simulation and optimization modeling framework for open-pit mine truck allocation under dynamic constraints // International Journal of Mining Science and Technology. 2013. No 23. P. 113-119.
18. Shan Zh., Han H., Jiang K. Optimization model of GNSS/ pseudo-lites structure design for open-pit mine positioning // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2013. V. 23. P. 2201-2208.
19. Бронников А. Система мониторинга горного предприятия // Золото и технологии. 2017. № 4. С. 84-86.
Чебан Антон Юрьевич, канд. техн. наук, доц., ст. науч. сотрудник, chehanav a mail. ru, Россия, Хабаровск, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук,
Хрунина Наталья Петровна, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, [email protected], Россия, Хабаровск, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук
AUTOMATION OF PROCESSES FOR DEVELOPING COMPLEX STRUCTURAL DEPOSITS WITH APPLICA TION OF MILLING MACHINES
A. Yu. Chehan, N. P. Khrunina
The paper proposes a technological scheme for the development of the complex structure of the Oshurkovsky apatite deposit with the use of a rock cutter equipped with an automatic system for controlling the conditionality of rock mass and improved bucket loaders. With the help of an automatic system for controlling the conditionality of rock mass, the milled strips are differentiated into sections depending on the content of the useful component, hy integrating the information from the sensors and ohtaining average values along the width of the milling strip. The hucket of the loader is proposed to he equipped with a swivel for effective separation of the rock mass at the houndary of the sections and increasing the hucket filling factor.
Key words: apatite deposit, mountain milling cutter, layered workmanship, rock mass, seizure, bucket loader, dump truck.
Chehan Anton Yuryevich, candidate of technical sciences, docent, senior researcher, chehanay a mail. ru, Russia, Khabarovsk, Institute of Mining of Far East Branch of the Russian Academy of Sciences,
Khrunina Natalia Petrovna, candidate of technical sciences, docent, senior researcher, npetxamail.rii, Russia, Khabarovsk, Institute of Mining of Far East Branch of the Russian Academy of Sciences
Reference
1. Pikhler M., Pankevich Yu. b. Experience of selective development of gypsum Deposit by Wirtgen 2200sm combines (Colorado, USA) / / Mining industry. 2007. No. 1. Pp. 38-40.
2. Smirnov F. L. Geology of Apatite deposits of Siberia. Novosibirsk: Nauka SO, 1980. 174 PP.
3. Egorova N. N., Novikova A. N. Petrographic features of metosamotically altered syenite-diorite and diorite rocks of the Oshurkovsky Apatite Deposit. Materials on Geology and useful minerals of the Buryat ASSR. Vol. XIII. Ulan-Ude, 1970. Pp. 119-130.
4. Vikulov V. E., Shirapova S. D. Ecological and economic expertise of technical projects of development of Oshurkovsky Deposit // Bulletin of Buryat state University. 2012. No. 4. P. 36-40.
5. Cheban A. Yu., Khrunina N. P. The use of mining equipment for mechanical destruction of rock and semi-rock rocks // Mining industry. 2014. No. 2. P. 104-107.
6. Pichler M., Pankevich Yu. b. Combines Wirtgen Surfase Miner in open-pit mining: the history of development, scope of application and prospects for expansion / / Mining industry. 2009. No. 2. P. 54-57.
7. Cheban A. Yu. Selective development of the Elga coal IU scorodonia with the use of excavation and grading complex // Izvestia of the Tula state University. earth science. 2017. No. 4. P. 247-254.
8. Cheban A. Yu. To the question of determining the productivity of quarry combines in different operating conditions. Sistemy. Methods. Technologies. 2014. No. 3. Pp. 145-148.
9. Wirtgen surface mining for selective limestone mining in the North Caucasus. Russia // Zement-Kalk-Gips Int. 2014. V. 67. No. 10. P. 18-19.
10. Schwabenland E. E. management of cargo flows at layer-by-layer development of complex-structured deposits by combines of milling type // Rational development of subsoil. 2016. No. 3. P. 70-75.
11. Friesen A. P. Vermeer T 1255TL-universal machines for overburden and mining operations in quarries // Mining industry. 2012. No. 3. P. 56-57.
12. Cheban A. Yu. Scraper with combined intensification of bucket loading // Mechanization of construction. 2015. No. 4. P. 4-6.
13. Zyryanov I. V., Ilbuldin D. H., Kondratyuk A. P. Parameters of the remote control system of mining equipment in the conditions of Udachninsky GOK // Mining industry. 2016. No. 5. P. 49-52.
14. Robotic mining systems in the open development of mineral deposits / K. N. Trubetskoy, D. ya. Vladimirov, I. A. Pytalev, T. M. Popova // Mining journal. 2016. No. 5. P. 21-26.
15. Application of intelligent systems in open-pit mining of coal deposits with high overburden ledges / M. V. Rylnikova, D. ya. Vladimirov, V. S. Fedotenko, E. N. Esina // Mining journal. 2018. No. 1. P. 32-35.
16. Gorev P. A., Kostikov V. G. System of high-precision satellite navigation for control of open-pit mining processes. Gorny information and analytical Bulletin. 2015. No. 9. P. 232-235.
17. R. Mena et al. Availability-based simulation and optimization modeling framework for open-pit mine truck allocation under dynamic constraints // International Journal of Mining Science and Technology. 2013. No. 23. P. 113-119.
18. Shan Zh. Han H., Jiang K. Optimization model of the GNSS/ pseudo-lites structure design for open-pit mine positioning // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2013. V. 23. P. 2201-2208.
19. Bronnikov A. the monitoring System of the mining enterprise // Gold and technology. 2017. No. 4. P. 84-86.
