CC BY
40
УДК 622.271
Е.В. Злобина, В.Г. Проноза, М.А. Тюленев
К ВОПРОСУ ВЫБОРА МОДЕЛИ ДРАГЛАЙНА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА
На Новоказанковском и Жерновском угольных месторождениях Ерунаковского геологоэкономического района Кузбасса в перспективе подлежат отработке по бестранспортной технологии пологие (4-15°) рабочие пласты (от стратиграфически верхнего к нижнему: 91, 88-87, 86-84, 82, 81-80, 78, 73-71, 66, 64, 63, 62, 61-60-59, 58, 56, 52). Нормальная мощность пластов: от минимального - 2 м (рекомендуется ФГУ ГКЗ) до 16,7 м. Доля пластов мощностью 2-5 м составляет 45%, 5-11 м - 33%, более 11 м - 22%.
Высота породной толщи над угольным пластом из-за его пологого залегания может изменяться от 15-20 м на выходах до 70-80 м на конец отработки карьерного поля (при граничном коэффициенте вскрыши 6-8 м3/т). Это приводит к тому, что с каждой нарезаемой заходкой увеличивается высота бестранспортного уступа, и соответственно происходит изменение структуры и параметров бестранспортных схем экскавации.
При проектировании технологии решаются задачи по выбору модели шагающего драглайна и типовых схем экскавации. Их структура и параметры зависят от числа отсыпаемых ярусов отвала, что является следствием как высоты разрабатываемого уступа, так и величины рабочих параметров драглайна.
Поскольку при решении проектных задач широко используется метод вариантов, то для решения поставленных задач важным моментом является назначение обоснованного ряда вариантов для их технико-экономического сравнения.
В данной работе предлагается решение вопроса по обоснованию выбора вариантов с учетом следующих положений.
В настоящее время при бестранспортной технологии на разрезах Кузбасса применяют шагающие драглайны рабочей массой 650-1740 т (ЭШ 10.70А, ЭШ 11.70, ЭШ 15.90Б, ЭШ 20.90), используемые на протяжении всего срока отработки карьерного поля (до 20-25 лет и более).
При проектировании разрезов на перспективных месторождениях необходимо будет заказывать новые экскаваторы с учетом некоторых требований: на основании мирового опыта необходимо подбирать модель шагающего драглайна по его рабочей массе соответственно горнотехническим условиям залежи и планируемой годовой производительности разреза по углю; в процессе эксплуатации для обеспечения рациональных технико-экономических показателей планировать изменение длины стрелы и вместимости ковша (опыт разрезов «Кедровский»,
«Красногорский» и др.). Изменение длины стрелы производят добавлением (снятием) секции.
Соответственно изменяется и вместимость ковша в соответствии с зависимостью [5, 6]:
вэ = к • Е0’65 • 465,
где Оэ - рабочая масса драглайна, т; Е - вместимость ковша, м3; Ьст - длина стрелы, м; К - весовой коэффициент (К = 0,146).
Формула используется при конструировании драглайнов на ОАО «Уралмашзавод». Результаты, полученные по этой формуле, хорошо согласуются со статистическими данными отечественных и зарубежных шагающих экскаваторов с ковшом вместимостью до 40 м3 и длиной стрелы до 100 м [6].
Условием заказа на завод-изготовитель планируемого экскаватора является необходимость наличия сменной секции стрелы и ковшей.
При разработке начальных заходок с небольшой высотой бестранспортного уступа можно работать с укороченной длиной стрелы и повышенной вместимостью ковша, что при годовом планировании дает возможность предусмотреть повышенные объемы годовой добычи.
По мере увеличения высоты бестранспортного уступа и на основе календарного плана можно будет увеличить длину стрелы, но уменьшить вместимость ковша. Таким способом можно регулировать высоту отрабатываемого бестранспортного уступа.
В данной работе исследовано влияние длины стрелы, в пределах рабочей массы драглайна, на высоту бестранспортного уступа.
В соответствии с методическими положениями высота бестранспортного уступа определяется как слой вскрышной породы, эквивалентный вместимости внутреннего отвала [2].
Высота и радиус разгрузки драглайна в зависимости от его рабочей массы определялись по статистическим моделям [7].
На основании опыта разрезов Кузбасса исследования проводились при условии отсыпки двух-и трехъярусных отвалов (рис. 1).
На схемах обозначено: А - ширина отвальной заходки, равная ширине бестранспортной вскрышной заходки (согласно работе [1] А = (0,42-0,6) Яч, где Rч - радиус черпания драглайна; в расчетах принимаем А = 0,5 Яч, м); Аг - горизонтальная ширина отвальной заходки, м; ф - угол наклона основания отвала, численно равный углу залегания пласта, градус.; ао - устойчивый угол откоса породы в отвальных ярусах, градус.; ^ -
понижение отвального слоя между двумя смежными заходками, м; Д - ширина свободной емкости в верхней части отвального яруса, не заполняемая при его отсыпке с целью уменьшения угла поворота экскаватора на разгрузку [2], м; ЕД - величина свободной емкости, м2 (решение задачи в плоскости); Ня1 - максимальная высота первого яруса по условию устойчивости (Ня1 = 25 м по данным СФ ВНИМИ [3]); Ея1 - вместимость первого яруса двух- и трехъярусного отвала, м2; Нотк.1 - высота откоса первого яруса [4] (на практике до 30 м); Ня2, Ня3 - высота второго и третьего ярусов (в расчетах Ня1 = Ня3 = Нр, где Нр - высота разгрузки драглайна, м); Б1-2 - ширина бермы между верхней бровкой первого яруса и нижней бровкой второго яруса при двухъярусном отвалообразова-
нии, м; Б3 - то же, при трехъярусном отвалообра-зовании (на практике 5-15 м, в расчетах Б3 = 10 м); Б2-3 - ширина бермы между верхней бровкой второго яруса и нижней бровкой третьего яруса, м; Sпрл - объем, занимаемый во втором ярусе породой, отсыпанной при формировании первого яруса предыдущей отвальной заходки, м2; Бпр.2 -объем, вырезаемый из постоянного отвала в контурах второго яруса и переваливаемый в третий ярус, м2; уг - общий (генеральный) угол откоса внутреннего отвала (принимается согласно рекомендациям СФ ВНИМИ, приведенным в табл. 1).
В табл. 2 приведены расчетные формулы для определения высоты бестранспортного уступа при отсыпке двухъярусного отвала (Н02) и трехъярусного (Н03). Результаты расчетов см в табл. 3
Рис. 1. Структура и параметры внутренних отвалов: а - двухъярусный при Б1-2 < Аг; б - то же, при Б1-2
> Аг; в - трехъярусный.
Таблица 1. Значения генерального угла откоса отвалов
Ф,градус Высота откоса отвала (Н0), м
30-40 41-50 51-60 61-70
4-6 32 31 30 29
7-9 31 30 29 28
т О 27 26 25 24
Таблица 2. Формулы расчета параметров внутренних двух- и трехъярусных отвалов
Общие параметры для всех ярусов отвала
81И
(«о -ф)
А = А-----гтгт—\ = А• А = 0,25• Аг; дл = о,25-А2 • tga0•
Эта,,
Вместимость и эквивалентная мощность породного слоя в массиве от первого яруса в двух- и трехъярусном отвале______________________________________________________________________________________
Ея1 = Аг
1 -• tgФ
Н , = ~я1
я1
^о гу у
А • КР
Двухъярусный отвал
а) вместимость 2-го яруса двухъярусного отвала (при Ня2 = Нр)
Б1-2 =(Нотк. 1 + Ня2 )•( - ) •
ПРИ Б1-2 < Аг: ^пр.1 = К' Б1-2; Ея 2 = Аг • Нр - Япрл - ЕА;
Е
При Б1-2 > Аг: ^пр.1 = \ ■ (Б1-2 - Аг ) ; Ея 2 = Аг • (Нр - К)- ^прЛ - ЕА; Н я 2 = ~^К
_ • Е‘
б) то же, всего двухъярусного отвала Е02 — Ея 1 + Ея 2 \ н 02
Е„, = Е„ + Е„,; Н„, =-р2г
А • Кр
Трехъярусный отвал
а) Вместимость 2-го яруса трехъярусного отвала
3пр = V Б3; Ея 2 = Аг • Нр - ^пр; Ня 2 =
Ея 2
пр ф 3’ я 2 г р пр? я 2 ^
б) Вместимость 3-го яруса н
Ношк.1 = я1 ----; Б2-3 = (Нотк.1 + Ня2 + Ня3 ) ' (^ Гг - Ctg « ) - Б3
1 Ctg «о 'tg ф
3пр .2 = К • (Б2-3 - Аг ) ; Ея3 = Аг • (Нр - К)- ^пр.2 - ЕА ; Н
в) Всего трехъярусного отвала Е03 — Ея1 + Ея 2 + Ея3; Н03 — ^03
, ^ Е Н = Еяз
Ф) пр.2 А’ Н я3 = , ТГ
А • Кр
Еп
А • Кр
.Как показывают расчеты, высота бестранспортного уступа существенно зависит от четырех факторов: числа отсыпаемых отвальных ярусов; угла наклона основания отвала; рабочей массы драглайна, применяемого на отсыпке отвала; длины стрелы моделей драглайна в пределах одной
рабочей массы.
Данные табл. 3 позволяют при проектировании обосновать варианты схем экскавации во взаимосвязи с рабочей массой драглайна и его моделями для технико-экономического анализа.
Таблица 3 Значения высот бестранспортных уступов при отсыпке двух- и трехъярусных отвалов моделями драглайнов различной рабочей массы (вэ) и разных углах наклона основания отвала (ф)
ф, градус вэ = 550 т м ^ 1— ЬН 3 Н вэ = 750 т Н02, м ^ 1— Н вэ = 850 т ,2 Н ^ 1— Н
4 ЭШ 8,7.67 Яр = 60 м Нр = 26,5 м А = 30 м 34,0 50,0 ЭШ 13,8.66,1 Яр = 60 м Нр = 25 м А = 30 м 33,1 47,9 ЭШ 16,5.65,6 Яр = 60 м Нр = 24,4 м А = 30 м 32,7 47,1
6 31,8 45,7 31,0 44,1 30,8 43,5
8 29,3 41,1 28,6 39,3 28,4 39,1
10 26,5 36,1 25,9 34,8 25,7 34,3
12 23,1 30,5 21,6 28,3 22,6 29,0
4 ЭШ 7,2.67,5 Яр = 60,5 м Нр = 27,3 м А = 30,2 м 34,6 50,9 ЭШ 11,4.68 Яр = 61,6 м Нр = 26,7 м А = 30,8 м 34,1 50,0 ЭШ 13,7.68,2 Яр = 62,2 м Нр = 26,4 м А = 31,1 м 33,9 49,6
6 32,3 46,6 31,9 45,9 31,9 45,8
8 29,8 42,0 29,5 41,4 29,3 41,1
10 27,0 37,0 26,6 36,3 26,5 36,6
12 23,4 31,0 23,2 30,5 23,0 30,1
4 ЭШ 5,7.74 Яр = 65,9 м Нр = 31,3 м А = 32,9 м 36,7 55,4 ЭШ 9.74,6 Яр = 67,1 м Нр = 30,8 м А = 33,5 м 36,6 55,1 ЭШ 10,9.74,6 Яр = 67,5 м Нр = 30,4 м А = 33,7 м 36,4 54,5
6 34,4 51,0 34,0 50,2 33,9 49,9
8 31,5 45,7 31,3 45,2 30,8 44,4
10 28,2 39,9 28,0 39,3 27,8 38,9
12 24,2 33,3 24,0 32,5 23,9 32,4
4 ЭШ 4,2.83,5 Яр = 73,7 м Нр = 36,8 м А = 36,9 м 40,2 62,3 ЭШ 6,7.83,8 Яр = 74,7 м Нр = 36,3 м А = 37,4 м 39,8 61,6 ЭШ 8.84,3 Яр = 75,5 м Нр = 36,3 м А = 37,8 м 39,8 61,6
6 37,0 56,5 36,8 56,1 36,7 55,9
8 33,8 50,8 33,6 50,1 33,3 49,8
10 29,8 43,6 29,6 43,2 29,6 43,3
12 25,2 36,0 25,0 35,4 25,2 35,9
4 ЭШ 2,7.100 Яр = 87,4 м Нр = 46,1 м А = 43,7 м 45,5 73,4 00 м м м .1 2, ,6 1 3. 8, 5, 4, я Ш р р ^ Рн Д ^ 45,2 72,7 00 м м м .1 ,5 ,3 3 2. 8, 5, 4, а Ш р р ^ Рн Д ^ 44,9 72,2
6 41,6 66,3 41,3 65,7 41,1 65,3
8 37,2 58,5 37,4 58,6 36,9 57,8
10 32,1 50,1 32,0 49,3 32,0 49,4
12 26,4 40,5 26,3 39,8 26,2 39,9
4 ЭШ 25,4.64,3 Яр = 60 м Нр = 22,8 м А = 30 м 31,7 45,2 ЭШ 35,2.62,9 Яр = 60 м Нр = 21,4 м А = 30 м 30,8 43,4 ЭШ 50,7.60,9 Яр = 60 м Нр = 19,7 м А = 30 м 29,7 41,2
6 29,8 41,6 29,0 40,0 28,0 38,1
8 27,6 37,5 26,9 36,2 26,0 34,4
10 25,1 33,1 24,5 31,9 23,8 30,5
12 22,1 28,0 21,7 27,1 21,1 25,9
4 ЭШ 21,1.69,1 33,7 49,2 ЭШ 29,4.69,8 33,4 48,7 ЭШ 42,5.71,1 31,9 47,2
б Rp = б4 м Нр = 2б м А = 32 м 31,б 45,2 Rp = б5,7 м Нр = 25,7 м А = 32,8 м 31,9 45,3 Rp = бВ,4 м Нр = 25,В м А = 34,3 м 29,0 42,4
В 29,1 40,б 2В,б 40,0 2В,9 40,3
10 2б,2 35,5 2б,1 35,3 25,9 35,1
12 22,9 29,В 22,В 29,7 22,7 29,7
4 ЭШ 1б,В.75.б Rp = б9,4 м Нр = 30,2 м А = 34,7 м 3б,3 54,4 ЭШ 23,5.7б,2 Rp = б5,7 м Нр = 25,7 м А = 32,8 м 37,7 55,5 ЭШ 34,3.77,4 Rp = 73,б м Нр = 30 м А = 36,8 м 34,3 52,2
б 33,7 49,7 33,5 49,3 31,2 47,0
В 30,В 44,4 30,б 43,9 30,В 44,3
10 27,7 3В,7 27,б 3В,5 27,5 3В,4
12 24,0 32,3 23,7 31,9 23,7 32,0
4 ЭШ 12,б.В4,7 Rp = 7б,9 м Нр = 35,В м А = 38,5 м 39,5 б0,9 ЭШ 17,б.В5,4 Rp = 7В,7 м Нр = 35,7 м А = 39,3 м 39,5 б0,9 ЭШ 2б,1.Вб,2 Rp = В0,9 м Нр = 35,7 м А = 40,5 м 37,5 5В,9
б 3б,б 55,б 3б,5 55,4 3б,4 55,3
В 33,2 49,4 33,1 49,2 33,1 49,4
10 29,3 42,б 29,3 42,б 29,3 42,7
12 24,9 35,1 24,В 35,1 24,9 35,3
4 ЭШ В,3.100 Rp = В9,7 м Нр = 44,В м А = 44,8 м 44,б 71,б ЭШ 11,В.100 Rp = 90,В м Нр = 44,5 м А = 45,4 м 44,3 71,0 ЭШ 17,9.100 Rp = 92,4 м Нр = 44,2 м А = 46,2 м 44,2 70,В
б 40,9 б4,9 40,В б4,б 40,4 б4,0
В 3б,б 57,3 3б,5 57,0 3б,2 5б,б
10 31,7 4В,В 31,9 49,0 31,5 4В,5
12 2б,3 39,7 2б,5 39,В 25,7 39,1
СПИСOK ЛИТЕРАТУРЫ
1. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. - М., Недра, 1982. -405 с.
2. Гвоздкова, Т.Н. Структуры бестранспортных схем разработки свит из трех пологих пластов / Т.Н. Гвоздкова // Вестник КузГТУ. - 2006. - №3. - С. 42-48.
3. Костин, Е.В., Хашин, В.Н. Отчет Сибирского филиала ВНИМИ по работе 020203 (этап 0200) «Разработать рекомендации по параметрам устойчивых бортов и отвалов на разрезах производственного объединения «Кемеровоуголь»». - Прокопьевск, 1975. (Фонды СФ ВНИМИ, г. Прокопьевск).
4. Винницкий, К.Е. Управление устойчивостью внутренних отвалов разрезов / К.Е. Винницкий, О.И. Шушкина, Э.И. Реентович: - Обзор ЦНИЭИуголь. - М., 1984. - 48 с.
5. Винокурский, Х.А. Строительные конструкции в тяжелом машиностроении / Х.А. Вино курский // Свердловск. Урало-Сибирское отделение Машгиз, 1960.
6. Горное оборудование Уралмашзавода / Колл. авт. Ответственный редактор-составитель Г.Х. Бойко. - Екатеринбург: Уральский рабочий. - 2003. - 240 с.
7. Злобина, Е.В. Статистические модели определения рабочих параметров шагающих экскаваторов / Е.В. Злобина // Вестник КузГТУ. - 2010. - №5. - С. 90-92.
□Авторы статьи:
Злобина Елена Владимировна , аспирант,
Проноза Владимир Григорьевич, докт.техн.наук, проф. каф. открытых горных работ, ^зГТУ.
. E-mail: pvg.rmpio@kuzstu.ru
Тюленев Максим Анатольевич, канд. техн. наук, доцент . каф. открытых горных работ, КузГТУ. E-mail: tma.geolog@kuzstu.ru
