Научная статья на тему 'Исследование параметров веерной системы открытой разработки угольных месторождений'

Исследование параметров веерной системы открытой разработки угольных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
75
8
Поделиться
Журнал
Уголь
Scopus
ВАК
CAS
GeoRef
Ключевые слова
ВЕЕРНОЕ ПОДВИГАНИЕ / ЭКСКАВАТОРНАЯ ЗАХОДКА / КЛИНОВИДНАЯ ЗАХОДКА / ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ / ДИАГОНАЛЬНЫЙ ЗАБОЙ / УГОЛЬНЫЙ ЦЕЛИК / РОТОРНЫЙ КОМПЛЕКС / FAN-SHAPED MINING DIRECTION / EXCAVATION ENTRY / TAPERED ENTRY / EFFICIENCY / DIAGONAL FACE / COAL PILLAR / ROTOR COMPLEX

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Кисляков В.Е., Катышев П.В.

Приведены технологические решения и параметры разработки угольных месторождений горизонтального и пологого залеганий при использовании веерного перемещения фронта работ, а также приводится оценка мероприятий, позволяющих повысить эффективность горных работ.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Кисляков В.Е., Катышев П.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Surface mining fan-shaped mining method investigation

Technological solutions and parameters of horizontal and flat bedding coal deposits development using fan-shaped mining direction are presented, and the activities, aimed at the mining efficiency improvement, are assessed.

Текст научной работы на тему «Исследование параметров веерной системы открытой разработки угольных месторождений»

УДК 622.271.1 © В.Е. Кисляков, П.В. Катышев, 2017

Исследование параметров веерной системы открытой разработки угольных месторождений

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-6-11-16

КИСЛЯКОВ Виктор Евгеньевич

Доктор техн. наук, профессор, Сибирский федеральный университет, 660041, г. Красноярск, Россия, e-mail: VKislyakov@sfu-kras.ru

КАТЫШЕВ Павел Викторович

Аспирант Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, Россия, e-mail: BestPavel1989@mail.ru

Приведены технологические решения и параметры разработки угольных месторождений горизонтального и пологого залеганий при использовании веерного перемещения фронта работ, а также приводится оценка мероприятий, позволяющих повысить эффективность горных работ. Ключевые слова: веерное подвигание, экскаваторная заходка, клиновидная заходка, производительность, диагональный забой, угольный целик, роторный комплекс.

За последние 10 лет мировое потребление угля выросло почти на 50% (потребление газа - примерно на 30%; нефти и атомной энергии - менее чем на 10%). Уголь - один из главных энергоресурсов, способный удовлетворить основные энергетические потребности растущего населения и развивающейся мировой экономики, внести важнейший вклад в преодоление энергетической бедности и энергетического неравенства.

Конкурентные преимущества российской угольной отрасли в рамках отечественного ТЭК заключаются в:

- наличии огромных (второе место в мире) запасов угля, которых при существующем уровне добычи хватит на долгосрочную перспективу;

- значительном опыте использования данного энергоресурса;

- повышении устойчивости энергоснабжения (в том числе в кризисных ситуациях);

- возможностях выхода на мировой рынок;

- наличии существенных резервов повышения эффективности;

- многообразии различных видов угольной продукции;

- возможностях адаптации к меняющимся условиям рынка;

- интеграции с приоритетными направлениями инновационного развития экономики;

- вкладе в региональную энергетическую безопасность [1].

Вышеизложенное ставит перед угольной промышленностью вопросы по решению задач модернизации предприятий и развитию новых технологий добычи угля, обеспечивающих снижение издержек и повышение эффективности в производстве.

Основная стратегия определения оптимальных схем развития горных работ должна заключаться в установлении управляющих факторов, прямо влияющих на выбор системы разработки, определяющих прежде всего положение фронта работ и, следовательно, эффективность отработки месторождений. В отечественной и мировой практике известны четыре схемы: параллельного, веерного, радиального и комбинированного перемещения фронта работ в технологии поточной добычи угля. Наиболее распространенной и простой по конструкции является параллельная схема, однако ее применение сопровождается постоянным наращиванием и перестройкой транспортных коммуникаций.

В связи с этим были проведены исследования технологических параметров поточной добычи угля при веерном подвигании фронта горных работ.

Основными технологическими условиями, определяющими возможность реализации веерного подвигания фронта горных работ, являются:

- формирование единого поворотного пункта в месте перегрузки угля с забойных на магистральные транспортные коммуникации;

- параллельность осей транспортных коммуникаций осям фронта горных работ;

- клиновидная форма выемочных блоков.

Веерное перемещение фронта работ чаще применяют при работе многоковшовых экскаваторов и транспортно-отвальных мостов, когда на рабочих площадках имеется несколько конвейерных линий либо железнодорожных путей, перенос которых на криволинейных участках сложен и трудоемок. Наличие постоянного пункта примыкания путей при веерном способе позволяет удобно располагать промышленные сооружения: тяговую подстанцию, центральный водосборник, диспетчерские устройства, мастерские.

Для строящегося предприятия поворотный пункт фронта работ должен быть в составе промплощадки, местоположение которой обеспечивает минимальное расстояние транспортирования полезного ископаемого,

а для условии действующего предприятия - это место перегрузки с забойных на магистральные конвейеры, что обеспечивает постоянство расстояния транспортировки угля [2].

Для соблюдения принципа параллельности необходимо систематически производить корректировку линии фронта горных работ относительно транспортных коммуникаций исходя из условия, что линия фронта горных работ смещается по окружности, центром которой является поворотный пункт транспортных коммуникаций, с радиусом й, равным максимальной ширине экскаваторной заходки (рис. 1).

Текущий угол между радиусом (от точки касания до поворотного пункта) и осью разрезной траншеи определяется по нижеприведенной зависимости:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а т = 90 + ^-а), (1)

где а - угол поворота фронта горных работ, град; I - порядковый номер клиновидно эксплуатационного блока.

При такой системе разработки вынимаемые участки имеют клиновидную форму - клиновидный эксплуатационный блок, площадь данного блока определяется из следующего уравнения:

£ =

п-4к -а 360 '

м

(2)

Общая площадь выемки полезного ископаемого:

£ _ = х п, м3, (3)

общ ' '

где п - количество клиновидно эксплуатационных блоков, ед.

В большинстве случаев расположение запасов полезного ископаемого имеет неправильную форму, и, как следствие, происходит изменение площади клиновидно эксплуатационного блока (рис. 2).

Площадь вынимаемого клиновидно эксплуатационного блока определяется из следующей формулы:

5блок = 5 - 5BDC, м2, (4)

где Бвос - площадь клиновидно эксплуатационного блока, не включаемого в отработку, м2.

с =

"ВВС

-К1 ■ tga• tg(a• 1) 2^2 ■ ^а- tg(a• 0)

(5)

где Ь - длина транспортных коммуникаций, м.

Графики изменения площади вынимаемых блоков от угла поворота фронта горных работ приведены на рис. 3.

По результатам расчета видно, что с увеличением угла поворота транспортных коммуникаций площадь клиновидно эксплуатационных блоков уменьшается, а при уменьшении расстояния R от транспортных коммуникаций до забоя принимает прямолинейный вид.

2

м

Рис. 1. Схема ведения добычных работ при веерной системе разработки: 1 - капитальная траншея; 2 - разрезная траншея; 3 - ось магистральных транспортных коммуникаций; 4 - ось забойных транспортных коммуникаций; 5 - стационарный поворотный пункт; 6 - роторный комплекс; 7 - клиновидно эксплуатационный блок; 8 - линия фронта горных работ; 9 - граница горного отвода

90000

^ 80000 е

и 70000 £

а боооо

а зоооо

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0

г

| 40000 |

1 30000 о

С 20000

10000

•-Т > " — >

ч ч N \ \

ч \ \

\\

1 ( \ »

о » 1 1

-50 — - -100 1 1 1 »

--150 --- -200 1 V

20 40 60 80 100 120 140 Угол поворота фронта горных работ, град.

160

Рис. 3. Изменение площади вынимаемых запасов от угла поворота фронта горных работ

Для снижения затрат на отвалообразование и повышение производственной мощности предприятия предлагается следующее технологическое решение развития фронта горных работ [3]. Отработка месторождения осуществляется одновременно двумя фронтами, с развитием карьерного поля свыше угла между разрезной траншеей и транспортными коммуникациями р происходит отгрузка пород вскрыши драглайнами по бестранспортной схеме без использования при этом площади центральной разрезной траншеи (рис. 4).

Р = 2 • arcsin

( В1 + е + А + В2 + В3 + В4Л 2 • Д,

град,

(6)

где В1 - безопасное расстояние от нижней бровки отвала до транспортных коммуникаций, м; е - расстояние от

транспортных коммуникаций до нижней бровки добычной заход-ки, м; А - ширина добычной экскаваторной заходки, м; В2 - ширина откоса, м; В3 - расстояние от верхней бровки добычной заход-ки до нижней бровки вскрышной заходки, м; В4 - ширина вскрышной заходки, м; Lф - длина фронта горных работ, м.

Данное решение позволит увеличить производительность добывающего предприятия и снизить затраты на отвалообразование при отработке пологопа-дающих месторождений округлой формы.

Отработка клиновидно эксплуатационного блока подразумевает работу экскаватора в постоянно изменяющихся горнотехнических условиях. Исследование производительности выемочного оборудования при веерной системе разработки производилось на примере роторного комплекса ЭРШРД-5250 и предусматривало определение: объема одной стружки, объема одной заходки, времени на отработку одной стружки (заходки), времени установки стрелы на забой, времени на вспомогательные операции, времени подъезда экскаватора на новую заходку, количества заходок с одной точки установки экскаватора и других параметров, определяющих производительность экскаватора при изменении ширины заходки. В связи с этим предлагается расчет производительности роторного комплекса по следующей формуле: Q о = Q ■ К ■ К , (7)

^зао ^тех пот з'

где Отех - техническая производительность выемочно-погрузочного комплекса, м3/ч; К - коэффициент, учи-

Рис. 4. Схема ведения горных работ в плане с отгрузкой пород вскрыши во внутренние отвалы:

1 - карьерное поле;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2 - разрезная траншея;

3 - транспортные коммуникации;

4 - драглайн;

5 - роторный комплекс;

6 - внутренний отвал

Рис. 5. Изменение коэффициента влияния ширины забоя и производительности роторного комплекса от ширины экскаваторной заходки

тывающий потери экскавируемой горной массы; К - коэффициент влияния ширины забоя, Кз = 0,25 X 1п(А) - 0,033. (8)

Изменение производительности выемочно-погрузоч-ного комплекса приведено на рис. 5.

Таким образом, по всем исследованным параметрам веерного подвигания фронта горных работ установлено их улучшение при увеличении ширины заходки, что, с одной стороны, подтверждает преимущества этой технологии, с другой - практически неприемлемо для карьера и предприятия в целом из-за нестабильной производительности добычного поточного комплекса. В связи с этим в ходе дальнейших исследований были разработаны и предложены технологические способы стабилизации и исключения снижения производительности

выемочно-погрузочного комплекса по всему фронту добычных работ.

Вместо традиционной работы роторного комплекса во фронтальном забое разработана технология и определены конструктивные параметры выемки угля диагональным забоем (рис. 6), увеличена тем самым ширина клиновидной заходки [4].

Ширину диагонального забоя можно регулировать углом между верхней бровкой забоя и контуром соседней заходки, для чего разработаны расчетная схема клиновидной диагональной заходки и формула на ее основе:

(

& = arcsin

tga ■ (¿ф - А/) • cosa А

а, град,

где Д/ - шаг передвижки экскаватора, м.

А - А Рис. 6. Параметры рабочей площадки верхнего добычного

подуступа с шириной клиновидной заходки 30 м при работе

Также обеспечить стабильную производительность выемочно-погрузочного комплекса при веерном развитии фронта горных работ возможно путем отработки блоков с фланга максимальной шириной экскаваторной заходки Втах в направлении стационарного поворотного пункта до ширины Вт, позволяющей повернуть транспортные коммуникации к следующему клиновидно эксплуатационному блоку (рис. 7).

Последующие клиновидные блоки отрабатываются до ширины Вт. При этом вовлекаются в разработку неотработанные целики предыдущего хода, ширина заходки Вт определяется из следующего уравнения:

Вт =

В - e

max

tg [(i +1) • a ]

tg(i • a),

(10)

где Втах - максимальная ширина экскаваторной заходки (зависит от вида выемочно-погрузочного оборудования), м.

В данной работе представлены основные принципы развития карьерного поля в плане на пологопадающих угольных месторождениях и приведены технологические решения, позволяющие повысить эффективность

выемки запасов полезного ископаемого при веерной системе разработки.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Список литературы

1. Долгосрочная программа развития угольной промышленности России на период до 2030 года. URL: http:// minenergo.gov.ru/documents/fold13/index.php?ELEMENT_ ID=17442 (дата обращения 11.05.2017).

2. Шорохов В.П., Кисляков В.Е. Веерное подвигание фронта работ при разработке мощных угольных пластов. LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrucken, Germany, 2012. 77 с.

3. Кисляков В.Е., Катышев П.В. Способ открытой разработки месторождений: пат. 2520619 Рос. Федерация. МПК Е21С 41/26. Заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». № 2013154629; заявл. 09.12.2013; опубл. 27.06.2014. Бюл. № 4. 6 с.

4. Кисляков В.Е., Катышев П.В., Никитин А.Ю., Тара-сенко Е.А. Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых: пат. 2485315 Рос. Федерация. МПК Е21С 41/26. Заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». № 2013154630; заявл. 10.01.2012; опубл. 20.06.2013. Бюл. № 12. 6 с.

surface mining

UDC 622.271.1 © V.E. Kislyakov, P.V. Katyshev, 2017

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 6, pp. 11-16 Title

surface mining fan-shaped mining method investigation

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-6-11-16 Authors

Kislyakov V.E.1, Katyshev P.V.1

1 Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation

Authors' Information

Kislyakov V^., Doctor of Engineering Sciences, Professor, e-mail: VKislyakov@sfu-kras.ru

Katyshev P.V., Post-Graduate Student, e-mail: BestPavel1989@mail.ru Abstract

Technological solutions and parameters of horizontal and flat bedding coal deposits development using fan-shaped mining direction are presented, and the activities, aimed at the mining efficiency improvement, are assessed.

Keywords

Fan-shaped mining direction, Excavation entry, Tapered entry, Efficiency, Diagonal face, Coal pillar, Rotor complex.

References

1. Dolgosrochnaya programma razvitiya ugol'noy promyshlennosti Rossii na period do 2030 goda [Long-term Programs of the Russian coal industry de-

velopment until 2030]. Available at: http://minenergo.gov.ru/documents/ fold13/index.php?ELEMENTJD=17442 (accessed 11.05.17).

2. Shorokhov V.P. & Kislyakov V.E. Veernoe podviganie fronta rabot pri raz-rabotke moshchnyh ugol'nyh plastov [Fan-shaped mining direction during thick coal beds development]. LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrucken, Germany, 2012, 77 p.

3. Kislyakov V.E. & Katyshev P.V. Sposob otkrytoy razrabotki mestorozhdeniy [Deposits surface mining method]: patent 2520619 Russian Federation, MPK E21C 41/26, Applicant and patent holder FSAEI HPE "Siberian Federal University", No. 2013154629, applied on 09.12.2013, published on 27.06.2014, Bulletin No. 4, 6 p.

4. Kislyakov V.E., Katyshev P.V., Nikitin A.Yu. & Tarasenko E.A. Sposob otkrytoy razrabotki mestorozhdeniy poleznyh iskopaemyh [Mineral resources deposits surface mining method]: patent 2485315 Russian Federation, MPK E21C 41/26, Applicant and patent holder FSAEI HPE "Siberian Federal University", No. 2013154630, applied on 10.01.2012, published on 20.06.2013, Bulletin No.12, 6 p.