CC BY
150
© В.А. Атрушкевич, A.B. Атрушкевич, 2015
УДК 622.272:622.646
В.А. Атрушкевич, A.B. Атрушкевич
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ
Развитие технологических систем разработки месторождений твердых полезных ископаемых является непрерывным и многофакторным процессом, имеющим целью интенсификацию добычи в различных горногеологических условиях и условиях растущих требований обеспечения безопасности человека и природы. Данный процесс направлен на совершенствование взаимосвязанных вещей — технического и технологического обеспечения, включающего организацию горных работ. Ниже, в этой статье, рассмотрены некоторые результаты совместных работ сотрудников Московского горного института ФГАОУ ВПО «НИТУ «МИСиС» и Научно-производственного объединения «Гидротехнология» по конструированию и совершенствованию интегрированных технологических систем разработки рудных и угольных месторождений открытым, подземным и комбинированным способом с использованием, в том числе — средств гидромеханизации, а также — переработки полезных ископаемых на горных предприятиях. Представлены реализованные в производстве отдельные и комплексные технические решения.
Ключевые слова: Разработка угля, гидротранспорт, обезвоживание, графит, рудное месторождение, ленточный и скребковый конвейер.
Инновационным направлений повышения рентабельности угледобывающих 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. Новые технологии должны соответствовать требованиям гибкости, поточности, высокой адаптивности, обеспечивать форсированный возврат инвестиций и решение экономических, социальных и экологических задач горнодобывающих регионов.
Работой в данном направлении заняты ведущие научно-исследовательские коллективы в нашей стране и за рубежом. 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. Примером такого синтеза может служить создание комбинированных технологий, получивших более широкое развитие в горнорудной промышленности [1-4 и др.].
Среди реализованных способов добычи угля при создании комбинированных технологий перспективным является использование элементов открытого, подземного и особенно гидравлического способов.
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 перерабатывающий 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.
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 «Ли-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 меха-ногидравлической технологии добычи угля является комплексная переработка горной массы в технологическом цикле угледобывающего предприятия [9] с обеспечением объема и качества продукции соответствующего растущим требованиям рынка.
Порядок отработки шестой рудной зоны по линии Ь П.
Прожт строит згьетЕа и гксгагуаташи графнтодо-сыБаошзго горнего прятркятня "ХЫНГНЬКЖГ".
Иги Лист Л г довч!. Подп. Дата Порядок отработки шапок рудвон гоны по линии Ь Е . М 1: 100Ф Лит Листое
РаураБот. ЧэрепаЕШБа
Пстгсип Чгоепашха
Рук свод. Санникое
Н. кокгр. Атружканч НПО Гидрот гянояогия г. Новокузнецк
УтБ2рЗЩ2Ю АтруогкгБнч
Рис. 1. Порядок комбинированной отработки запасов графита шестой рудной зоны месторождения Хынг Ныонг в СРВ
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)
Рис. 4. Механогидравлический комбайн КПА-3м с дистанционным управлением (конструкции проф., докт. техн. наук О.А. Атрушкевича)
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 тонн. 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. Горногеологические условия месторождения и его 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
Технологическая схема отработки шестой рудной зоны.
1 - очистнои забой .комбайн кпа -3
2 - шламовые насосы первого и в горого контура
3 - зумпф обезвоживания
4-конвейер 2ср-70 втсрого яруса
5-шок управления водоводом
6 - конвейер 2ср-7(1„пеевогояруса
7 - эстокма конвейера первого яруса 3 - отсто0ник графитовых шламов
9 -01сгоиник породних шламов и - шламовые насосы втоюго контура и - Шламовый водовод
12-водовод очшценнои технической воды
13 -СКЛАД ВСКРЫШНЫХ погод
14 . СКЛАД ГРАФИТА
15-ШБЕЙаюсгаыи комплекс
Проирвг ;____:_
Цке£7ПрКИОС7Е К ЖПдЗЩПЕ ГрИМГЗИР -I . . . ~ .У. ~ '.К - -к ' -Г^лГ >1'.С"-Г
Такавпиеои о ирбазк шеаок р>шх ккк .
Нсемужаз
Рис. 5. Замкнутая система водопользования при ведении открытых и подземных горных работ
с формированием горизонтальных участков для выращивания риса и других сельскохозяйственных культур), была предложена комбинированная технология (рис. 1—3) гидромеханизированной отработки запасов, широко и всесторонне опробиро-ванная специалистами ООО «НПО Гидротехнология» при строительстве и эксплуатации угледобывающих предприятий в РФ. Причем на открытом и подземном способе применена ме-ханогидравлическая комбайновая (рис. 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 экологичность предложенных в проекте решений.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Открыто-подземный способ освоения месторождений крепких руд. /М.И. Агошков, Д.Р. Каплунов, В.И. Шубодеров, Д.В. Горин / Отв. Ред. Д.М. Бронников. — М..: ИПКОН РАН, 1992, -188с.
2. Каплунов Д.Р. О принципах проектирования комбинированной разработки месторождений при комплексном освоении недр // В сб. Актуальные проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1993. — С. 133-146.
3. Щелканов В.А. Особенности проектирования подземных рудников при комбинированной разработке месторождений. // Теория и практика проектирования строительства и эксплуатации высокопроизводительных рудников. / Матер. Всесоюзн. Научн. — техн. конф. — М.,: МГИ, 1990. С. 203-204.
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. Совершенствование проходческих комбайнов избирательного действия / A.A. Атрушкевич, В.З. Шабловский, А.С. Бурчаков, О.В. Михеев, В.А. Атрушкевич и др.: Обзор. — М.:ЦНИЭИуголь, 1991. — 28 с.
8. Пучков Л.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. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Атрушкевич Виктор Аркадьевич — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой,
Атрушкевич Артем Викторович — аспирант, ГИ НИТУ МИСиС.
UDC 622.272:622.646
INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF MINING AND PROCESSING OF MINERALS USING A HYDROMECHANIZATION
Atrushkevich V.A., Dr. habil., professor, Moscow Mining Institute of the National University of Science and Technology MISiS,
Atrushkevich A.V., postgraduate student, Moscow Mining Institute of the National University of Science and Technology MISiS.
Development of mining of firm minerals technological systems is the constantly and multifactorial process having for an object to intensify mining in various mining and geological conditions of the person and the nature safety growing requirements. It is directed on
improvement of the interconnected things of the technical and technological support including the organization of mining works. Herewith, in this article, some results of cooperation of Moscow state mining university and Scientific and Production Association «Hydrotechnol-ogy» dealing with designing and improvement of non-blasting, integrated technological systems of mining of ore and coal deposits by the opencast, underground and hybrid method with use of also hydraulically mechanized equipment. Technology options with partial processing and complete mineral enrichment at the mining enterprises are also presented. There are separate and complex technical solutions realized in the mining industry.
Key words: Coal mining, hydro-transport, dewatering, graphite, ore deposit, belt and scraper conveyor.
REFERENCES
1. Agoshkov M.I., Kaplunov D.R., Shuboderov V.I., Gorin D.V. Exec. Ed. D.M. Bronnikov Otkryto-podzemnyi sposob osvoeniya mestorozhdenii krepkikh rud (Open-underground method of development of deposits of hard ore), Moscow, IPKON RAN, 1992, 188 p.
2. Kaplunov D.R. O printsipakh proektirovaniya kombinirovannoi raz-rabotki mestorozhdenii pri kompleksnom osvoenii nedr (On the principles of design combined mining the integrated development of bowels), In Proc. Actual problems of field development and use of mineral resources, Moscow, Publishing House of Moscow State Mining University, 1993, pp. 133-146.
3. Shchelkanov V.A. Osobennosti proektirovaniya podzemnykh rudnikov pri kombinirovannoi razrabotke mestorozhdenii. Teoriya i praktika proektirovaniya stroitel'stva i ekspluatatsii vysokoproizvoditel'nykh rudnikov (Features of the design of underground mines in combined mining. Theory and practice of designing the construction and operation of high-mines), Materials Science and Engineering Conference, Moscow, IGI, 1990, pp. 203-
4. Mukhtarov T.M. Kombinirovannyi sposob razrabotki mestorozhdenii poleznykh iskopaemykh (Combined method of mining of mineral deposits), Moscow, Nauka, 1988, 231 p.
5. Atrushkevich VA Nauchnye osnovy, konstruirovaniya i prognoz geo-mekhanicheskikh parametrov intensivnoi tekhnologii podzemnoi gidromekhani-zirovannoi razrabotki krutykh ugol'nykh plastov s otkrytykh gornykh vyrabotok (Scientific bases, design and prediction of geomechanical parameters of intensive technology of underground development hydromechanized steep coal seams from open-cast mining workings), Moscow, MGGU, 1997, 153 p.
6. Mikheev O.V., Atrushkevich V.A., Salamatin A.G. Razrabotka ugol'nykh mestorozhdenii s ispol'zovaniem otkrytykh tekhnogennykh vyemok: Uchebnoe posobie (Mining of coal deposits with using open-cast technological recesses), Moscow, MGGU, 1995, 45 p.
7. Atrushkevich A.A., Shablovsky V.Z., Burchakov A.S., Mikheev O.V., Atrushkevich V.A. et al., Sovershenstvovanie prokhodcheskikh kombainov izbiratel'nogo deistviya (Improvement of selectives roadheaders), Overview, Moscow, TsNIElugol, 1991, 28 p.
8. Puchkov L.A., Mikheyev O.V., Atrushkevich O.A., Atrushkevich V.A. In-tegrirovannye tekhnologii dobychi uglya na osnove gidromekhanizatsii (The integrated technologies of coal mining on the basis of hydromechanization), Moscow, MGGU publishing house, 2000, 273 p.
9. Atrushkevich V.A. Atrushkevich O.A. Novaya tekhnologiya pererabotki uglei v tekhnologicheskoi sisteme gornogo predpriyatiya (New technology of processing of coal in the technological system of mining enterprise), Ugol', no. 1, 2009, pp. 38-42.
204.
