CC BY
9
© А.И. Косолапов, Ю.П. Пташник, А.И. Пташник, 2013
УДК 622.2.022
А.И. Косолапов Ю.П. Пташник А.И. Пташник
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ БОРТА КАРЬЕРА В ПЛАНЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА И ПОСЛЕДУЮЩЕГО ОСВОЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Рассмотрены вопросы формирования техногенных горных выработок в условиях урбанизации современного общества. Выполнены исследования изменения объёмов и трудоёмкости горных работ по технологическим процессам, в зависимости от формы борта карьера в плане в его предельном положении. Ключевые слова: борт карьера в предельном положении, освоение горных выработок.
В настоящее время, крупные города, увеличивая темпы строительства с каждым последующим годом, все острее нуждаются в территориях для размещения новых объектов инфраструктуры. При этом, стоимость земли вблизи центров агломерации, имеет тенденцию положительного роста во времени. Вместе с тем, периферийные зоны селитебных территорий, как правило, имеют достаточно большое количество техногенных горных выработок как открытого, так и подземного типа. Данные выработки при цивилизованном подходе к планировочным работам при строительстве городов могут быть потенциально использованы под различные объекты. Как показывает ми-
ровой опыт использования выработанного пространства карьеров и шахт, в них эффективно создавать промышленные цеха, магазины, объекты культурного назначения, спортивные объекты, нефтехранилища, водохранилища, склады, убежища гражданской обороны, складировать радиоактивные отходы атомных электростанций и многое другое [1].
В этой связи, использование выработанного пространства горных предприятий расположенных вблизи селитебных территорий, в значительной степени улучшит среду обитания человека, позволит сохранить природный ландшафт и архитектурно-исторический облик городов, сгладит экологически обострённую обстановку в регионах.
Рис. 1. Фрагмент проектного положения СевероВосточного борта карьера Александро-Агеевского месторождения
Рис. 2. Фрагмент проектного положения борта карьера Эльдорадо на северном участке месторождения
Однако, оценка существующих тех ногенных горных выработок, свиде 74
тельствует о низком степени их пригодности. Именно поэтому, а также ввиду наличия абсолютно конкретных требований, предъявляемых к объектам капитального строительства, целесообразен стратегический подход к освоению недр земли вблизи селитебных территорий. Этот под-\ у ход должен заключаться в
РаскРое месторождений полезных ископаемых с учётом, как условий залегания и морфологии рудных тел, так и последующего использования выработанного пространства под объект конкретного назначения, с заданными размерами. Таким образом, речь идёт об обеспечении максимально возможного соответствия техногенных горных выработок объектам будущего капитального строительства, потенциально размещаемых в них.
Как правило, для размещения объектов инфраструктуры, выработанное пространство должно иметь правильные, близкие к линейным формы. Очевидно, что в ряде случаев, задание форм выработкам при их постановке в предельное положение, неминуемо приведёт к росту коэффициента вскрыши. Однако, делать вывод о меньшей эффективности реализации проекта разработки месторождения, было бы преждевременно. Для подтверждения этого выполнены
кос линейной (I) и криволинейной (II) формы — циклоидальной, образованной окружностью определённого радиуса; 2 — дополнительно вовлекаемый в разработку объём породы при отработке прямолинейным фронтом; Аб — ширина бурового блока, м; Ьб — длина бурового блока, м; Щ- линия сопротивления по подошве уступа, м; И — высота уступа, м; Ьс — длина скважины, м; 1п — высота зоны перебура, м; а — расстояние между скважинами в ряду, м; Ь — расстояние между соседними рядами скважин, м; а' — расстояние между скважинами в контурном ряду, м
исследования изменения объёмов и трудоёмкости горных работ по технологическим процессам, в зависимости от формы борта карьера в плане в его предельном положении. Объектом исследования послужили золоторудные месторождения «Эльдорадо» и «Алек-сандро-Агеевское», расположенные в Северо-Енисейском районе Красноярского края.
Данные месторождения характеризуются сложным залеганием и пространственной изменчивостью рудных тел, а проектный контур карьера, имеет сложную форму в плане и по глубине, как показано на рис. 1 и 2.
Согласно проектным предельным положениям, борта карьера на отдельных участках в плане имеют форму близкую к циклойде либо синусоиде. Очевидно, что затраты на их постановку в предельное положение
при его контурном обуривании, будут выше. Для оценки этого изменения необходимо знать величину линейного приращения длины фронта за счёт его кривизны. Для циклоиды это приращение составит 30 %, что соответствует коэффициенту удлинения 1,3. Вторая кривая описывается эллиптическим интегралом второго рода, который не выражается в элементарных функциях и не имеет аналитического решения. В результате его приведения с заданными параметрами коэффициент удлинения для данного типа кривой составляет от 1,1 до 1,6. Для исследования изменения объёмов и трудоёмкости горных работ по технологическим процессам, в зависимости от формы борта карьера в плане, целесообразно коэффициент удлинения борта в предельном положении принять равным 1,3, как усреднённое
Таблица 1
Параметры и показатели буровзрывных работ по вариантам приконтурных блоков
№ Наименование Буровой Буровой
п/п блок I блок II
1. Ширина бурового блока, м 50 50
2. Длина бурового блока, м 300 300
3. Высота уступа, м 15 15
4. Угол откоса уступа, град 75 75
5. Длина скважины, м 17 17
6. Угол наклона скважины к горизонту, град 75 75
7. Высота зоны перебура, м 1,5 1,5
8. Расстояние между скважинами в ряду, м 6 6
9. Расстояние между соседними рядами скважин, м 6 6
10. Расстояние между скважинами в контурном ряду, м 1 1
11. Линия сопротивления по подошве уступа, м 7 7
12. Число рядов скважин (без учёта контурного ряда), ед 5 5
13. Форма откоса уступа в плане линейная циклоидальная (образованная окр. Я=5 м)
14. Объём бурового блока, м3 225000 213750
15. Дополнительно вовлекаемый в разработку объём пород при отработке прямолинейным фронтом, м3 0 11250
16. Коэффициент удлинения фронта за счёт кривизны 1 1,3
17. Количество скважин основного ряда, ед 250 238
18. Количество скважин контурного ряда, ед 300 390
19. Выход горной массы с 1 п.м. скважины приконтур-ного блока, м3/м 24,1 20
20. Объём буровых работ, м 9350 10676
значение, наиболее соответствующее практике, а форму криволинейности борта в плане — описываемую кривой циклоидой.
Количественная оценка изменения объёмов буровых работ выполнена на основе сравнения по двум буровым блокам, которые характеризуются следующими формами (рис. 3), параметрами и расчётными показателями, приведенными в табл. 1.
Как видно из табл. 1, расчётные показатели буровзрывных работ при криволинейном в плане борту хуже, в сравнении с прямолинейным. Кроме того, относительная величина изме-
нения показателей различна. В связи с этим, выполнена количественная оценка влияния на эти показатели коэффициента удлинения борта, результаты которой приведены в относительной форме в виде графиков на рис. 4. Относительные показатели получены путём приведения расчётного показателя, полученного при 1-ом значении Кудл к базовому (Кудл=1).
Из графиков (см. рис. 4) видно, что полученные зависимости имеют нелинейный характер, однако интенсивность этих изменений по показателю выхода горной массы выше, чем по показателю объёма буровых работ.
1,з
I 3
§ I 0,6 -----
§ га 1 1Д 1,2 1,3 1,4 1,5
о Э
^ и Коэффициент удлинения борта за счёт
° кривизны (Кудл), д.ед.
-М(Кудл)--УН(Кудл)
Рис. 4. Зависимость относительных показателей буровзрывных работ от коэффициента удлинения борта в плане за счёт его кривизны
Так, при увеличении коэффициента удлинения с 1 до 1,5 выход горной массы с 1 метра скважины прикон-турного блока сокращается на 33 %, в свою очередь, объём буровых работ возрастает на 18 %.
Очевидным, является влияние кривизны борта в плане на работу вы-емочно-погрузочного оборудования. Так, согласно [2] в расчёте эффективной производительности экскаваторов, участвует коэффициент управления, учитывающий несоответствие паспортных и фактических параметров забоя, а также квалификацию машиниста. При работе с относительно линейным фронтом и экскаваторной за-ходкой постоянной ширины, значение этого коэффициента для одноковшовых экскаваторов установлено на уровне 0,85. Элементарные расчёты свидетельствуют, что при снижении этого коэффициента до 0,7, что характерно криволинейному фронту в плане с большим числом передвижек
экскаватора, эффективная производительность, при отработке последней экскаваторной заходки приконтурного блока, снижается примерно на 20 %.
Нельзя не сказать и о влиянии формы борта карьера в предельном положении на устойчивость откосов. Установлено, что устойчивость торцевых участков бортов карьеров вытянутой формы и бортов карьеров круглой или овальной форм в плане существенно возрастает. По сравнению с прямолинейными в плане бортами в перечисленных случаях возникает дополнительное сопротивление смещению призмы обрушения, создаваемое силами бокового распора. Поэтому решения плоской задачи устойчивости откосов в этих случаях корректируются при помощи графиков ВНИМИ, построенных на основе моделирования методом эквивалентных материалов [3]. Однако, участки бортов карьера, имеющие выпуклость в плане в сторону выработанного пространства,
концентрируют в своей подошве избыточные сдвигающие усилия. В этой связи, для обеспечения устойчивости горных выработок, угол наклона борта карьера на таких участках выполажи-вают, по сравнению с прямолинейным или вогнутым в плане бортами. При этом, увеличение угла наклона борта карьера в предельном положении на 1—2 град., в ряде случаев может полностью компенсировать увеличение объёмов вскрышных пород за счет придания борту прямолинейной формы в плане.
Необходимо также отметить, что существенно усложняется организация горных работ, в части маркшейдерского обеспечения, периодично-
сти его выполнения и контроля, а также согласованности действий рабочих основного производства и инженерно-технического состава.
Подводя итог вышесказанному, стоит отметить необходимость практической реализации нового «цивилизованного» подхода к раскрою месторождений полезных ископаемых вблизи центров агломерации. Нужно подчеркнуть, что в этих условиях целесообразно переходить на интегральный показатель эффективности реализации проекта разработки месторождения, который бы стимулировал недропользователя максимальным образом сохранять природный ландшафт окрестностей крупных городов.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Картозия Б.А., Корчак A.B., Мельникова С.А. Строительная геотехнология. — М.:: МГГУ, 2003. — 230 с.
2. Ржевский B.B. Открытые горные работы. Ч. 1. Производственные процессы. — М.:: Недра, 1985. — 509 с.
3. Гальперин А.М. Геомеханика открытых горных работ. Часть 1. — М.: МГГУ, 2003.— 467 с. ИДЕ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Косолапов Александр Иннокентьевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected],
Пташник Александр Игоревич — кандидат технических наук, старший преподаватель, [email protected],
Пташник Юлия Павловна — аспирант, горный инженер,
Сибирский федеральный университет Институт горного дела, геологии и геотехнологий.
ГОРНАЯ КНИГА
Обогащение углей. Том 1. Процессы и машины
В.М. Авдохин 2012 год 424 с.
ISBN: 978-5-98672-308-2, 978-5-98672-309-9 UDK: 622.7:622.33 (075.3)
Даны основные сведения о составе и свойствах ископаемых углей. Изложены теоретические основы процессов дробления, грохочения, обогащения и обезвоживания углей. Описаны конструкции, принцип действия, технические параметры и предпочтительные области использования применяемого современного оборудования. Приведены технологические схемы компоновки и методы оценки эффективности разделительных процессов.
