CC BY
31
Выбор комплексов оборудования для производства... работ... Бурмистров К.В., КолонюкА.А., Аргимбаев К.Р.
электроэнергия сплата т^да стальной канат
стоимость та<ущих ремонтов
смазснные и обтирочные материалы ЯКНО
кабель КВШГ 3/35+1/10
сумма затратна подвод эл. энергии
10%
6%
84%
оплата труда
стоимость
текущих
оемэнтов+оасхоаных
Рис. 7. Структура эксплуатационных затрат экскаваторов: а - для ЭКГ-5А; б - для НИасЫ ЕХ 1200-5
£
о.
.0
I-
(I
о.
I-
(I
«
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
плуатационная производительность экскаваторов, с учетом значительного объема работ по подготовке новых горизонтов, составила:
ЫйасЫ ЕХ 1200-5 - 1206440 м3/год
ЭКГ 5А - 737384 м 3/год.
Также были определены эксплуатационные затраты, которые составили: ЭКГ-5А -5312,01 тыс. руб./год, ЫйасЫ ЕХ 1200-5 -5874,7 тыс. руб/год Структура затрат для экскаваторов ЭКГ-5А определялась на основе Норм технологического проектирования предприятий промышленности нерудных строительных материалов (Л., 1977), а для экскаватора ЫйасЫ ЕХ 1200-5 - на основе данных специализированных сервисных центров (рис. 7).
Стоимость экскаваторов учитывалась при определении сроков окупаемости гидравлического экскаватора (рис. 8), при этом следует отметить, что в настоящее время ЫйасЫ ЕХ 1200-5 почти в 1,5 раза дороже ЭКГ-5А.
Таким образом, на основе проведенных исследований можно сделать вывод о том, что в стесненных
0
Рис.
—Эксплуатационные затраты ЭКГ
-■— Эксплуатационные затраты НйасМ
Капитальные затраты ЭКГ
-•— Капитальные затраты НйасМ
▲ Количество
экскаваторов ЭКГ, шт
х Количество экскаваторов НйасМ, шт карьера, тыс. м~
8. Экономическая оценка применения экскаваторов
условиях карьеров наиболее целесообразно применять гидравлические экскаваторы типа «обратная лопата», либо их комбинацию с канатными мехлопата-ми. При этом на верхних горизонтах карьеров целесообразно применять канатные мехлопаты, а на нижних - гидравлические экскаваторы.
2000 4000 6000 8000
Годовая производительность
9%
7%
2%
УДК 622.831
БаряхА.А., Асанов В.А., ФедосеевА.К, Токсаров В.Н., Евсеев А.В.
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОТСТАВАНИЯ ОЧИСТНЫХ
_ _ __ _ _ _ _ *-» _ _ _ _ __ _ __ ______*-» А
РАБОТ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОЙ ОТРАБОТКЕ СМЕЖНЫХ ПАНЕЛЕЙ
На Верхнекамском месторождении калийномагниевых солей применяется камерная система разработки с поддержанием кровли на относительно «жестких» целиках Способ подготовки - панельный. Выемка
* Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 09-05-00837-а, междисциплинарного интеграционного гранта «Деформирование и разрушение структурно-неоднородных геоматериалов» и внутривузовского гранта ПГТУ «Экспериментальное исследование процессов деформирования и разрушения глинистых контактов соляных пород Верхнекамского месторождения калийных солей».
руды осуществляется комбайновым способом. Ширина камер изменяется в пределах от 3 до 16 м, высота определяется в основном мощностью пластов и в среднем составляет 5-7 м, ширина междукамерных целиков изменяется в диапазоне от 3 до 18 м.
Анализ состояния камер в отработанном пространстве показал [1], что при определенных горногеологических и горнотехнических условиях очистные выработки теряют устойчивость до истечения необж-димого по условиям эксплуатации времени. Так, несмотря на использование анкерной крепи, отработка
двух сближенных сильвинитовых пластов АБ и Красный II в юго-восточной части шахтного поля рудника БКРУ-2 сопровождается интенсивными проявлениями горного давления: расслоением кровли выемочных камер на обоих пластах, пучением почвы на верхнем пласте АБ, обрушениями пород междупластья.
С целью установления основных закономерностей развития деформационных процессов в зависимости от параметров ведения горных работ и разработки мероприятий, обеспечивающих устойчивость кровли выработок, проведен комплекс экспериментальных исследований характера деформирования вмещающих пород на 10 замерных станциях. Замерные станции устанавливались на обоих продуктивных пластах. Территориально замерные станции располагались в разных частях шахтного поля - юго-восточной (9, 11
Время, сут
а
восточные панели (ВП)) и северо-восточной (20 ВП), которые существенно отличаются по содержанию глины в продуктивных пластах. Как показали визуальные наблюдения, повышенная глинизация пластов в юго-восточной чисти шахтного поля способствует интенсификации проявления горного давления.
Замерная станция представляет собой систему глубинных и контурных реперов, установленных в кровле и боках очистных камер [2]. Величины деформаций глубинных реперов оценивались с помощью проведения высокоточного нивелирования. В процессе экспериментальных исследований оценивались следующие параметры деформирования: расслоение пород кровли, пучение почвы, вертикальная и горизонтальная конвергенция.
По результатам натурных измерений установлено, что очистные выработки 9-й и 11-й панелей наиболее интенсивно подвергаются деформированию. В течение 1-2,5 мес после прождки происждит интенсивное расслоение кровли пласта Красный II с последующим ее обрушением, либо зависанием заколов большого размера, вследствие чего доступ в эти выработки, как правило, прекращался. В то же время в северо-восточной части шахтного поля выработки сохраняют свою устойчивость в течение несколькихлет.
Так, в течение 53 сут наблюдений суммарная деформация кровли пласта Красный II в камере № 70 11-й восточной панели шириной 5,5 м составила около 370 мм (рис. 1). Для сравнения суммарная деформация кровли в камере № 167 20-й восточной панели шириной 6,0 м за 329 сут наблюдений достигла всего 94 мм.
В жде проведенных измерений установлено, что при подходе очистных работ на нижележащем пласте к створу замерной станции, расположенной на вышележащем пласте, происждит резкая активизация процессов расслоения пород кровли очистной камеры и, в особенности, пучения почвы. Так, при поджде горных работ к одной из замерных станций, в течение одной недели произошло увеличение скорости пучения пород почвы в 10 раз (рис. 2). После прохода фронта очистных работ скорость деформирования пород почвы очистной камеры стабилизировалась на прежнем уровне.
Высокие скорости деформирования контурных пород на юго-восточном участке шахтного поля, безусловно, связаны с повышенным содержанием глинистого материала в продуктивных пластах и междупла-
Рис. 1. График деформирования глубинных
^0,5, Rp1,0, Rp1,5 и Rp2,0) и контурных ^0) реперов на 11 ВП (а) и 20 ВП (б)
Рис. 2. Увеличение скорости деформирования реперов почвы верхнего пласта в зоне опорного давления от работ на нижнем пласте
Геомеханическое обоснование отставания очистных работ при.
БаряхАА., Асанов В.А., Федосеев А.К. и др.
стье [1]. Вместе с тем, при определенных условиях существенное влияние на интенсивность проявлений горного давления может оказывать и порядок ведения горных работ, в частности, положение фронта очистных работ на смежных, одновременно отрабатываемых панелях. Как видно из рис. 3, в период проведения измерений фронт очистных работ на 11 ВП отставал от фронта очистных работ 9 ВП на 800 м.
Следует отметить, что действующими нормативными документами [3] при отработке двух пластов регламентируется только минимальное опережение фронта очистных работ по верхнему пласту, которое составляет 50 м.
Для анализа сложившейся горнотехнической ситуации и оптимизации отставания очистной выемки на смежных панелях выполнено математическое моделирование изменения напряженно-деформированного состояния подработанного массива в процессе ведения горных работ. Принципиальная расчетная схема задачи представлена на рис. 4. В рамках данной модели предполагалось, что все выделенные элементы геологического разреза залегают горизонтально. Численная реализация математического моделирования производилась по стандартной схеме конечных элементов в упругой постановке [4].
Результаты математического моделирования показали, что при отработке одной отдельно взятой панели при значимых деформациях подработанного массива в окрестности выработанного пространства формируется зона опорного давления. Причем концентрация напряжений имеет место как перед фронтом очистных работ, так и в пределах границ панели с максимумом горного давления непосредственно в интервале рабочих пластов (рис. 5).
При одновременной отработке двух панелей, когда положение фронтов очистных работ совпадают, в качественном и количественном отношении распределение горного давления идентично случаю отработки одной панели. Другими словами, интенсивность опорного давления практически не зависит от размеров выработанного пространства, а полностью определяется уровнем деформаций подработанного массива, в частности максимальными оседаниями земной поверхности и размерами краевой части мульды сдвижения [5].
При отставании фронта очистных работ по одной из панелей характер распределения опорного давления существенно меняется (рис. 6). Здесь четко фиксируется наложение повышенного горного давления перед фронтом очистных работ «отстающей» панели и краевой зоны опорного давления уже отработанной панели. Пространственная локализация области значительного увеличения вертикального напряжения, как и следовало ожидать, приурочена к углу сопряжения панелей. С ростом расстояния между фронтами отрабатываемых панелей размеры этой зоны увеличиваются, а величина действующих в ней напряжений повышается.
На рис. 7 представлены зависимости изменения максимального значения вертикальной ком-
9 вост. пан.
11 вост. пан.
- отработанное пространство пласта Кр-11
- отработанное пространство пласта АБ
- направление фронт а работ
- м^ес^о_р_асположен^ замерной станции
Рис. 3. Положение фронтов очистных работ на момент установки замерных станций
ірССірЗНСПЗО
Рис. 4. Принципиальная расчетная схема
сі /7І1
Рис. 5. Распределение горного давления по разрезу подработанного массива
oz/y h
Рис
□ - выработанное пространство
6. Распределение горного давления в интервале
рабочих пластов в плоскости отрабатываемого пласта при расстоянии между фронтами отрабатываемых панелей 50 (а), 100 (б) и 300 (в) метров
о2/уЬ
0 100 200 300 400 Отставание, м
Рис. 7. Зависимость максимального значения опорного давления от расстояния между фронтами очистных работ на смежных панелях
поненты напряжений от расстояния между фронтами очистных работ смежных панелей. Относительно пологий участок отмечается при отставании одной из панелей менее 50-60 м, затем начинается резкий рост опорного давления (примерно на 25%) до расстояния порядка 200 м. При дальнейшем увеличении отставания между панелями максимум опорного давления изменяется незначительно и стремится к некоторой асимптоте.
Таким образом, выполненные геомеханические исследования показали, что с увеличением расстояния между фронтами очистных работ повышается интенсивность опорного давления в угловой части смежных панелей. Его значимое увеличение отмечается при отставании очистных забоев в смежных панелях от 70 до 200 м. При дальнейшем росте отставания между панелями максимум опорного давления изменяется незначительно. В условиях интенсивного деформирования подработанного массива при совместной отработке панелей рекомендуется обеспечивать расстояние между фронтамиочистныхработне более 50-60 м.
Список литературы
1. Токсаров В.Н. Натурные исследования деформирования кровли очистных камер в условиях повышенной глинизации. Страгегияи процессы освоения георесурсов: материалы еже-год. науч. сес. Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2008 г., 20-24 апр. 2009г. Пермь, 2009.
2. Евсеев А.В. Методика проведения геомеханическсго мониторинга процессов деформирования потолочин горных выработок// Геология и полезные ископаемые Западного Урала: материалы регион. науч.-пракг. конф. / Перм. гос.ун-т. Пермь, 2009.
3. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом: ПБ 03-553-03. СПб.: Деан, 2004.
4. ЗенкевичО. Мегсд конечных элементов втехнике. М.: Мир, 1975.
5. Барях АА, Телегина Е.А., Шумихина А.Ю. Расчет соляных меж-дукамерных целиков в зонах опорного давления // Изв вузов Горный журнал. 2009. № 3.
List of literature
1. Toksarov V. Full-scale investigation of room roof deformation in high claying conditions // Strategy and processes of mastering of georesource: materials of annual scientific session of Mining Institute of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. Perm, 2009.
2. Evseev A. Methodology of geomechanical monitoring roof mine tunnel deformation // Geology and minerals of west Ural: materials of regional theoretical and practical conference. Perm State Uni-vercity. Perm, 2009.
3. United safety rules during ore, nonmetallic and gravel underground mining. PB 03-553-03. St. Petersburg: Dean, 2004.
4. Zenkevich O. Finite element method in technical. Moscow: Mir, 1975.
5. Baryakh A., Telegina E., Shumikhina A. Salt rib pillar calculation in abutment pressure zones // Proceedings of Universities. Mining Journal. 2009. № 3.
1.6
