CC BY
25
© В.А. Атрушксвич, O.A. Атрушкевич, М.Э. Денисов, 2013
В.А. Атрушкевич, O.A. Атрушкевич, М.Э. Денисов
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ МАЛЫХ ГОРНОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Разработана высокоадаптивная механогидравлическая технология комбинированной отработки угля, графитосодержаших руд и др. полезных ископаемых. Рассмотрены варианты реализации новой технологии в России и за рубежом.
Ключевые слова: локальные месторождения, графитосодержашие руды, механогидравлическая выемка, самотечный гидротранспорт, обезвоживание угля и других полезных ископаемых, техническое обеспечение открытого и подземного способа добычи, комбинированная технология.
Разработка и реализация новых технологий и технических средств особенно актуальна для проектирования, строительства и эксплуатаций средних и малых горнодобывающих предприятий. Причём, в существующем многообразии горно-геологических, экономических и социальных условий разработки конкретных месторождений или их участков к «малым» можно отнести предприятия не только с ограниченными запасами, но и с «ограниченными» инвестициями. Среди горняков доминирует представление о том, что работа крупных предприятий всегда характеризуются лучшими экономическими показателями, меньшей себестоимостью продукции и т.д. Однако это не всегда так. Отчасти, это обусловлено переносом опыта строительства и эксплуатации наземных производственных объектов различного назначения. Применительно к разработке твердых полезных ископаемых открытым или подземным способом высокопроизводительные, но как правило, требующие благоприятных условий технологии и техника в ряде случаев оказываются «слоном в посудной лавке», что приводит к авариям, простоям, низкой эффективности. В таких случаях,
даже при разработке крупных геологических объектов, справедливо говорить о необходимости деконцентрации производства. Другими словами, о целесообразности проектирования и реализации крупного горного предприятия, как интегрированного объекта, состоящего из малых и средних производственных единиц, имеющих между собой различные связи. В любом случае, малые предприятия для обеспечения инвестиционной привлекательности, требую новых нестандартных подходов, решений и технологий.
Новые технологии должны соответствовать требованиям безопасности, гибкости, поточности, высокой адаптивности, обеспечивать форсированный возврат инвестиций и решение экономических, социальных и экологических задач добывающих регионов.
Перспективным направлений повышения рентабельности малых добывающих предприятий является создание и реализация интегрированных технологий добычи и переработки полезных ископаемых на основе синтеза существующих и новых элементов традиционных и нетрадиционных способов разработки месторождений. Работой в данном направлении заняты ведущие научные, проектные, конструкторские, внедренческие предприятия и организации в нашей стране и за рубежом. В этом плане, интересен опыт создания малых и средних высокоэффективных угольных предприятий с интегрированной технологией добычи и возможность переноса части накопленных нестандартных инновационных решений на отработку рудных и нерудных месторождений с учетом крепости полезного ископаемого и вмещающих пород.
В процессе совершенствования открытой и подземной технологий добычи угля накоплена база технических, технологических и методологических решений позволяющая с использованием достижений науки и техники синтезировать качественно новые технологии. Появление и развитие комбинированных технологий весьма характерно для горнорудной промышленности [1—4 и др.].
Начиная с 1992 года сотрудниками института ВНИИгид-роуголь, НПО «Гидротехнология» и Московского государственного горного университета ведется работа, целью которой
является повышение эффективности отработки запасов угольных пластов путем создания комбинированных технологий и технических средств добычи угля на основе гидромеханизации. Одним из направлений этой работы являются разработка и внедрение технологий подземной гидромеханизированной добычи угля из существующих или формируемых открытых горных выработок. Повышение эффективности отработки запасов обеспечивается дезинтеграцией существующих и поэтапным синтезом новых интенсивных технологий добычи и переработки угля с использованием закономерностей геомеханических и технологических процессов в условиях взаимного влияния открытых и подземных горных работ.
В соответствии с предложенной концепцией, разработаны варианты технологического обеспечения.
Сущность разработанных технологий заключается в том, что участок месторождения вскрывается разрезными траншеями, пройденными вкрест простирания или по простиранию свиты пластов [5]. По мере развития работ траншеи поэтапно углубляются. Подготовка выемочных блоков осуществляется диагональными подземными горными выработками проводимыми комбайновым способом. Возможны варианты пластовой и полевой подготовки одиночного и свиты пластов [6]. Отличительным признаком вариантов технологий является поточность процессов при ведении горно-подготовительных работ. Поточность проведения горных выработок достигается за счет совмещения основных процессов проходческого цикла во времени путем разделения их в пространстве [7]. Малооперацион-ность технологических процессов очистных работ обеспечивается использованием механогидравлической выемки угля в коротких очистных забоях.
Существенным отличием разработанных технологий является включение в технологическую систему предприятия перерабатывающего комплекса модульного типа, монтируемого в виде набора модулей на дне траншеи или в подземных горных выработках. Комплекс обеспечивает обезвоживание угля, осветление воды и подачу ее в забой. Кроме того, возможны варианты реализации технологической системы предприятия с классификацией и обогащением горной массы. Для этого в пе-
Порядок отработки шестой рудной зоны по линии I. П 1X4 масштаб 1 : 1000
Про жт «роит згьсгЕ-а к эксплуатации графктсдо -СЫЕ зющ =го горнего предприятия "ХЫНГ НЫШГ ".
Иш Лист >1ДОКУМ. Поит. Дата Псряссж сгра сотен шгстси рудной гоны по пинии Ь Д . М 3 : 1000 Лит Лист Листов
Раграбог. Чгрепанова
Проедает Чавеганоеа
РУКОЮИ. Савинков
Н. конгр. Атрчшкзот НПО Г'идрот гхнаюгкя г. НовсЕузнешг
Ъ'твврзкдаю Атрушкевкч
Рис. 1. Порядок комбинированной отработки запасов графита шестой рудной зоны месторождения Хынг Ныонг в СРВ
рерабатывающий комплекс включаются соответствующие модульные элементы.
Разработанные варианты технологических схем могут быть разделены на 4 группы:
• К первой группе отнесены варианты технологических схем отработки запасов выше горизонта открытых горных работ действующего разреза.
• Во вторую группу включены технологические схемы с отработкой запасов выше дна разрезной траншеи.
• К третьей группе отнесены технологические схемы отработки запасов ниже горизонта открытых горных работ действующего разреза.
• Четвертую группу составляют варианты технологических схем отработки запасов ниже дна разрезной траншеи.
Рис. 2. Механогидравлическая технология ведения открытых и подземных горных работ с применением единой системы технического обеспечения
Рис. 3. Продольный профиль разреза при отработке 6 рудной зоны, демонстрирующий долевое участие открытого и подземного способа отработки от влияющих факторов (рельеф местности, крепость и устойчивость вмещающих пород)
Возможен порядок отработки запасов с последовательным или параллельным применением технологических схем указанных групп.
Для реализации вариантов комбинированных технологий разработана техническая база. Основными требованиями к элементам технической базы, обеспечивающим интенсификацию процессов проведения горных выработок, выемки, транспорта и переработки угля являются низкие затраты на производство и эксплуатацию, модульность и взаимозаменяемость, высокая адаптивность к изменяющимся в широком диапазоне природным технологическим и экономическим условиям.
В соответствии с указанными требованиями разработаны и защищены патентами РФ многофункциональные элементы технического обеспечения:
• проходческие комбайны и комплексы опорно-шагающего типа для проведения выработок с углом наклона до 250, отличающиеся от аналогов повышенной устойчивостью и возможностью совмещения операций разрушения, гидросмыва горных пород и возведения крепи;
• гидромониторный, механогидравлический и фронтальный агрегаты для ведения очистных работ на пластах средней мощности, обеспечивающие увеличение размеров заходки в 1.5—2 раза и интенсивность выемки угля;
• перерабатывающие комплексы модульного типа производительностью до 3000 т/час, включающие: гидравлические виброобезвоживатели, дробильные и классификационные установки, параметры которых оптимизируются по разработанным аналитическим зависимостям и регулируются в соответствии с характеристиками исходного материала.
Промышленная реализация комбинированных технологий подземной гидромеханизированной добычи угля из открытых горных выработок проведена на гидроучастках разрезов «Ёи-ствянский» и «Кедровский» АООТ «Кузбассразрезуголь» и гидроучастках шахты «Нагорная» АОУК «Кузнецкуголь» [8].
В результате выполнения проектных работ и масштабных промышленных экспериментов подтверждена работоспособность и высокая эффективность комбинированных технологий на основе гидромеханизации в различных горно-геологических условиях.
По результатам исследований, направлениями рационального использования разработанной технологии являются: доработка запасов разрезов; отработка запасов в переходных период от открытого способа к подземному; разработка участков месторождений отработка, которых традиционными открытым и подземным способами обеспечивает меньшую эффективность.
Перспективным направлением развития интенсивной ме-ханогидравлической технологии добычи угля является комплексная переработка горной массы в технологическом цикле угледобывающего предприятия [9] с обеспечением объема и качества продукции соответствующего растущим требованиям рынка.
Отсутствие на мировом рынке аналогов гидравлической интегрированной технологии добычи и обогащения угля открывает хорошие перспективы для ее экспорта за рубеж, включая применение технологии для отработки других полезных ископаемых.
Примером может являться выполнение проекта по отработке месторождения графита Хынг Ныонг, расположенного в 20 км на северо-западе от г. Куанг Нгай в Социалистической Республике Вьетнам. В месторождение входят шесть пучков пластообразных крутопадающих рудных тел с общим объемом запасов руды 2 млн т. Пласты графита имеют мощность от 2 до 14 м с выклиниванием на глубине 110 м и угол падения от 30 до 90 градусов. В верхней части месторождения вмещающие порода сильно трещиноватые, неустойчивые, ниже — крепкие, устойчивые. Горно-геологические условия месторождения и его
Рис.4. Механогидравлический комбайн КПА-3м с дистанционньм управлением (конструкции проф., докт. техн. наук О.А. Атрушкевича)
Рис. 5. Замкнутая система водопользования при ведении открытых и подземных горных работ
Прсехз стсмгньсж к зхспл>г гашлг. хынгн зюзда-зГСНГ"
бМИНШГО ГМКОГО ВДДГШ
Изг Лнп 11мг- ЛЗГа Танаипнаоа селе р>шк хек Лет Лкс? Лкслж
Чниансб=
Прокрит Ч^рикнсе
Сгнната
Н хопр .Ьруиави М 1:2000 НПО Гкдмгех ЮЛОГНЕ г Нсивуз-аз:
Ужрвдао Лздиаяи
Технологическая схема отработки шестой рудной зоны.
1 - ОЧИСТНОИ ЗАБОИ .КОМБАЙН Н1А -1
2 - ШЛАМЭВЫЕ НАСОСЫ ПЕРВОГО И ВТОРОЙ) КОШТА
3 - ЗУМПФ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ
4-ИБВЕЙЕР 2СР-70 ВТСГОГО ЯРУСА
5-БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ВОДОВОДОМ
6-КОНВЕЙЕР 2СР-70.ПЕРВОГОЯРУСА
7 - ЭСТОКАДА КОНВЕЙЕРА ПЕРВОГО ЯРУСА
8-ОТСТОЙНИК ГРАФИТОВЫХ ШЛАМОВ
9-ОГСГОИНЖ ПОРОДНИХ ШЛАМЗВ Ю-ШЛАМЭВЫЕИАСОСЫ ВТОГОГОКОНТУРА и.-шламовый вщовед
12 - ВОДОВОД ОЧИЩЕШОИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЫ
13-СКЛАД ВСКРЫШНЫХ ПОРОД
14-СКЛАД ГРАФИТА
1.5-ПОВЕРХНОСТНЫЙ КОМПЛЕКС
Рис. 6. Схема размещения грузо-людской напочвенной дороги и скипового подъема (с гибким саморазгружающимся скипом) конструкции ООО «НПО Гидроуголь» в наклонной горной выработке
Рис. 7. Пример размещения грузо-людс-кой напочвенной дороги конструкции ООО «НПО Гидроуголь» в наклонной горной выработке
недостаточная требовали применения гибких, модульных, малозатратных технологий, позволяющих проводить доразведку месторождения в процессе его эксплуатации и осуществлять переход с одного пучка рудных тел на другой. При этом для отработки вышележащих запасов коры выветривания, из-за слабой устойчивости вмещающих пород, применение подземного способа не представлялось возможным. С учетом климатических условий (отсутствия отрицательных температур), рельефа местности (позволяющего размещать породы вскрыши между вершинами возвышенностей с формированием горизонтальных участков для выращивания риса и других сельскохозяйственных культур), была предложена комбинированная технология (рис. 1—3) гидромеханизированной отработки запасов, широко и всесторонне опробированная специалистами ООО «НПО Гидротехнология» при строительстве и эксплуатации угледобывающих предприятий в РФ. Причем на открытом и подземном способе применена механогидравлическая комбайновая (рис. 394
Рис. 8. Демонстрация работы грузо-людс-кой напочвенной дороги конструкции ООО «НПО Гидроуголь» в заводских условиях
4) технология выемки с гидротранспортом, обезвоживающими комплексами и замкнутым циклом водопользования (рис. 5). Учитывая технические возможности комбайнов КПА (свободное перемещение под углом 30 градусов) и локальное, взаимно обособленное расположение пучков рудных тел, был принят вариант пластового вскрытия (в начале простирания пучка по нижнему пласту) и пластовой подготовки запасов на участках предназначенных к подземной отработке. Для отработки запасов сближенных пластов свиты проводились орты, пластовая подготовка диагональными скатами и механогидравлическая комбайновая выемка из подэтажных штреков. Проект рассматривался заказчиком (российской компанией «Нобель Ойл») и вьетнамской стороной и был принят. Были особо отмечены низкая капиталоемкость, высокая эффективность и экологическая безопасность предложенных в проекте решений.
Для вскрытия запасов на малых горнодобывающих предприятиях, где малоэффективно применение транспортных систем типа Покет Лифт, могут активнее использоваться наклонные стволы с высокопроизводительными (500 т/час) грузо-людскими и грузовыми (с саморазгружающимся гибким скипом) напочвенными дорогами конструкции ООО «НПО Гидроуголь». Пример конструктивного исполнения такого оборудования с системой самоторможения при работе в выработках с углом наклона до 30 градусов показан на рис. 6—8.
Представленные выше технологические и технические решения по механогидравлической подготовке и отработке могут комплексно или частично применяться на малых и средних предприятиях для разработки рудных и нерудных месторождений (бокситовые, кимберлитовые, графитосодержащие руды и т.д.). Проведение выработок комбайнами типа КПА-3м для проведения горных выработок по крепким породам возможно с предварительным разупрочнением массива взрывными зарядами или НРС.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В. Комбинированная разработка рудных месторождений. — М.: Издательство «Горная книга», — 2012. - 344 с.
2. Каплунов Д.Р., Юков В.А. Геотехнология перехода от открытых к подземным работам: Учеб. пособие. — М.: Издательство «Горная книга», 2007. -267с.
3. Казикаев Д.М. Комбинированная разработка рудных месторождений: Учебник. — М.: Издательство «Горная книга», — 2008. -360с.
4. Мухтаров Т.М. Комбинированный способ разработки месторождений полезных ископаемых. — М.: Наука, 1988. — 231 с.
5. Атрушкевич В.А. Научные основы, конструирования и прогноз геомеханических параметров интенсивной технологии подземной гидромеханизированной разработки крутых угольных пластов с открытых горных выработок. — М., : МГГУ, 1997. -153с.
6. Михеев О.В., Атрушкевич В.А., Саламатин А.Г. Разработка угольных месторождений с использованием открытых техногенных выемок: Учебное пособие. — М.: МГГУ, 1995. — 45 с.
7. Развитие механогидравлической технологии ведения проходческих работ на горных предприятиях / В.А. Атрушкевич, A.A. Атрушкевич, O.A. Атрушкевич. Сборник докладов VI съезда гидромеханизаторов России. — М.: Издательство OOO «Центр Инновационных технологий». 2012. — С 52—63.
8. Пучков Ё.А. Михеев О.В., Атрушкевич В.А., Атрушкевич О.А. Интегрированные технологии добычи угля на основе гидромеханизации. — М., : Издательство МГГУ, 2000. — 296 с.
9. Атрушкевич В.А., Атрушкевич О.А. Новая технология переработки углей в технологической системе горного предприятия // Журнал «Уголь», № 1, 2009. — С. 38—42. ИЗШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ-
Атрушкевич Виктор Аркадьевич — доктор технических наук, профессор, директор Института усовершенствования горных инженеров, зав. кафедрой, Денисов Михаил Эдуардович — старший преподаватель, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru, Атрушкевич Олег Аркадьевич — доктор технических наук, профессор, зам. генерального директора ООО «НПО Гидротехнология».
