Комбайновая технология разработки многолетнемерзлых грунтов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УЛК 622.271.7

© | Н.И.Тарасо, И.К.Егоров, 2003

Н.И.Тарасов, И. К.Егоров

КОМБАЙНОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Проходка горных выработок является одним из наиболее важных технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений различного назначения (хранилищ, коллекторов) в других отраслях народного хозяйства. Высокоэффективное строительство подземных сооружений в многолетнемерзлых грунтах стало возможным только после разработки и внедрения кафедрой горных машин ЯГУ комбайновой технологии проходки горных выработок при разработке россыпных месторождений Кулара.

Большинство россыпных месторождений, разрабатываемых подземным способом в Якутии и на Северо-Востоке страны, вскрываются наклонными выработками - стволами, длина которых в зависимости от глубины залегания золотоносных песков колеблется от 50 до 1000 м.

От скорости проходки стволов во многом зависит время ввода в эксплуатацию шахт.

До 1977 г. проходка стволов осуществлялась традиционным способом с применением буровзрывных работ и переносного оборудования. Эта технология отличается большой трудоемкостью, малой производительностью, низкой скоростью проходки, не превышающей 45-60 м в месяц, высокой себестоимостью, низкой степенью безопасности и низкой культурой труда.

Кафедра горных машин ЯГУ в тесном содружестве с предприятиями бывшего комбината «Ку-ларзолото», объединение «Якут-золото» в период 1977-1990 гг. была решена актуальная научнотехническая проблема по созданию новой высокоэффективной и безопасной технологии проведения горных выработок.

Впервые в отечественной и мировой практике сотрудниками кафедры горных машин, доцентами Тарасовым Н.И. и Егоровым И.К. была научно обоснована, разработана и внедрена «Технология проведения наклонных стволов и горизонтальных выработок горнопроходческими комбайнами в многолетнемерзлых грунтах при разработке россыпных месторождений золота».

По мнению ряда ведущих ученых и специалистов подотрасли Емельянова В.М., Мамаева Ю.А., Кудлая Е.Д., Шерстова В.А. этот период отмечен как принципиально новый этап развития технологии подземной разработки многолетнемерзлых россыпей, включающей и новую комбайновую технологию проходки горных выработок в многолетнемерзлых породах [1, 2].

Примененная впервые на горных предприятиях Кулара, комбайновая технология проходки горных выработок в многолетнемерзлых грунтах, по рекомендациям и разработкам кафедры горных машин ЯГУ с 1982 г. находит широкое применение при строительстве подземных сооружений в ряде других отраслей народного хозяйства республики, например, строительство автодорог. Работу отличает как научная новизна, так и широкая научно практическая значимость.

Научная новизна работы имеет значимость не только в России, но и за ее пределами. Она представлена несколькими направлениями:

1. Впервые в мировой практике разработки россыпных месторождений и строительстве подземных сооружений в многолетнемерзлых породах:

• разработаны научные основы использования, обоснованы условия и границы эффективного применения комбайно-

вой технологии проведения выработок;

• разработаны технологические схемы проходки выработок и строительстве подземных сооружений с использованием различного транспортного и вспомогательного оборудования в зависимости от горно-геологических, горно-технических условий, сроков и объема работ;

• установлены зависимости технической и эксплуатационной производительности горнопроходческих комбайнов от температуры и структуры массива;

• определены основные показатели износостойкости, работоспособности и надежности как отдельных узлов машины, так и комбайна в целом, а также (на его базе) различных комплексов проходческого оборудования;

• определены оптимальные режимы работы машин в различных условиях разработки;

• разработана классификация многолетнемерзлых пород по трудности разработки комбайнами;

• разработаны отраслевые нормы выработки на проходку горных выработок и строительство подземных сооружений, в многолетнемерзлых породах комбайнами 1 ГПКС.

2. Новизна самой комбайновой технологии, который в условиях многолетнемерзлых грунтов внедрена впервые.

3. Новизна в обосновании новых технологий для подотрасли: впервые в отечественной практике исследований технологии разработана и внедрена «Структурная система для обоснования комбайновой технологии проведения выработок в условиях многолетнемерзлых россыпей и грунтов», основанная на системном подходе.

4. Новизна в схемах отработки забоя режущей коронкой: разработаны новые резцы и схемы обработки забоя в зависимости от условий.

5. Новизна в изменении и совершенствовании конструкции отдельных частей и узлов, корректировка правил технической эксплуатации горнопроходческих комбайнов:

• - изменена конструкция режущей коронки: впервые резцы установлены по двойной спирали, что соответствует оптимальному режущему резания мерзлых грунтов и пород;

• - разработаны оригинальные резцы И-90 МБЭ, внедрены резцы 3Р-4-80;

• - улучшена конструкция режущей коронки за счет установки лемехов и шнеков;

• изменена конструкция и материал маслопроводов гидросистемы;

• установлены шипы проти -воскольжения на ходовой части;

• изменена конструкция питателя;

• установлены защитные чехлы гидросистемы от абразивной пыли;

• разработана технологическая карта технического обслуживания комбайна в условиях низких температур.

Практическая значимость работы общепризнана в республике Саха (Якутия), и имеет большой экономический эффект.

Разработанная сотрудниками кафедры горных машин комбайновая технология проведения выработок в многолетнемерзлых породах и рекомендации по усовершенствовании узлов горнопроходческих комбайнов, позволили:

• - вывести одно из направлений горной науки республики Саха (Якутия) на передовой уровень российских и мировых достижений;

• - адаптировать комбайн 1ГПКС для работы при низких температурах в условиях разработки россыпных месторождений Севера;

• - разработанная технология и усовершенствование конструкций комбайнов позволяют комплексно механизировать проходку горных выработок и повысить степень механизации до 9095 %, а в отдельных случаях практически исключить ручной труд;

• - при проходке наклонных стволов в многолетнемерзлых грунтах (при разработке россыпных месторождений):

• увеличить скорость проходки наклонных стволов в 1,5-3 раза;

• повысить производительность труда проходчиков в 24 раза;

• снизить себестоимость проходки выработок в 1,5-2 раза;

• снизить в 2-3 раза эксплуатационные затраты на поддержание выработок;

• значительно повысить степень безопасности до 100 %;

• повысить экологическую чистоту и культуру производства.

Скорость проходки наклонных стволов сечением 10,0 м2 в многолетнемерзлых грунтах в условиях Кулара составила 220-300 п.м. в месяц, достигая в отдельные сутки до 30 п.м.

Внедрение данной работы подтверждается актом комбината «Куларзолото». Экономический эффект от внедрения данной технологии на шахтах «Куларзо-лото» в ценах 1983 г. составил 70-80 тыс. руб. на одну машину в год, с учетом количества машин в работе суммарно в 500-600 тыс.руб. в год. Суммарный фактический экономический эффект от внедрения комбайновой технологии проходки выработок на предприятиях «Куларзолото» оценивается в 2,5-3 млрд.руб. в ценах 1994 г.

Комбайновая технология проходки выработок в многолетнемерзлых породах демонстрировалась в 1983 году на ВДНХ и удостоена Бронзовой медали. В 1982 году по изучению этой технологии была проведена на Ку-ларе «Всесоюзная школа передового опыта с участием всех золотодобывающих предприятий

СССР», где разработки кафедры горных машин ЯГУ были рекомендованы к внедрению на всех золотодобывающих комбинатах страны.

Разработанная технология нашла широкое применение на горнодобывающих, горно-

геологических предприятиях Якутии, в том числе при разработке алмазных месторождений, а за пределами Республики на предприятиях Магаданской области, Приморского и Хабаровского краев. В двух последних регионах она применяется при

разработке россыпей как подземным, так и открытым способами.

По информационным данным за пределами республики Саха (Якутия) в названных районах Севера и Востока страны только на горнодобывающих предприятиях в настоящее время в работе находится около 40 комбайнов типа ГПКС.

По данным журнала «Mining engineering» (США) только с 1985 года комбайновая технология проходки горных выработок нашла применение при разработке россыпных месторождений золота в штате Аляска (США) и в ряде фирм Канады, что подтверждают члены группы инженерно-технических работников АК «Золото Якутии», выезжавших в эти страны в последние годы по обмену опытом.

Среди первых объектов построенных с использованием комбайновой технологии для народного хозяйства республики Саха (Якутия), следует отметить строительства в 1984 г. штольни-холодильника для совхоза Усть-Янский, в 1985 г. - проходка камерной выработки под хранилище ГСМ в п. Северный проходка водозаборной штольни длиной 170 м. В г. Якутске.

Если до 1980 года в республике Саха (Якутия) по данным ИГДС СО РАН насчитывалось всего 20-25 подземных холодильников емкостью свыше 150 тонн, то с 1982 года с использованием комбайновой технологии построено свыше 50 складов-холодильников емкостью свыше 200 тонн. В г. Якутске в районе Хатын-Юряха и Маганской пади пройдены подземные выработки-штольни для трех складов-холодильников на 2400 тонн.

География использования данной технологии для нужд народного хозяйства расширяется. В республике Саха (Якутия) работает несколько специализированных предприятий, использующих комбайновую технологию, разработанную специалистами университета.

Только за последние 3-4 года ТОО «Электрум» (г. Якутск) с использованием комбайновой технологии построено более 40 под-

земных сооружений в основном холодильников для хранения продуктов в поселках Анабар, Борогонцы, Майя, Чурапча, Тюн-гюлю, Черский Эбелях, Белая гора и др. Предприятием «Учур» пройдена обходная выработки к канализационному коллектору № 1 г. Якутска длиной 250 м с сечением Б=10 м2.

Опыт эксплуатации этих объектов показывает, что окупаемость затрат на строительство составляет 1,5-2,0 года при минимальном сроке существования свыше 50 лет.

В ближайшей перспективе дальнейшее расширение использования данной технологии возможно за счет строительства подземных газонефтехранилищ, хранилищ ГСМ, канализационных и дренажных коллекторов, водозаборных выработок, подземных гаражей, подземных переходов и других спецсооружений, потребность в которых для нужд народ-

ного хозяйства республики возрастает.

В отдаленной перспективе: строительство метро г. Якутска, варианта туннеля под р. Леной, как альтернатива строительства железнодорожного моста через реку Лену.

Научные и практические результаты данной работы представлялись на крупных научных конференциях и совещаниях получили Всесоюзное признание:

IV Всесоюзном научнотехническом совещании «Основные направления повышения технического уровня производства при разработке россыпных месторождений» (Магадан, 1978 г.);

VIII Всесоюзном семинаре по исследованию горного давления и способов охраны капитальных и подготовительных выработок (Якутск, 1981 г.);

Всесоюзной школе передового опыта по применению проходческих комбайнов при разра-

ботке многолетнемерзлых россыпей (Кулар, 1982 г.);

V республиканской конференции молодых ученых и специалистов (Якутск, 1984 г.);

VII конференции научной молодежи по вопросам геокриологии (Якутск, 1986 г.);

Всесоюзной конференции по ускорению научного прогресса в золото и алмазодобывающей промышленности (Иркутск, 1985 г.);

Научно-технической конференции по ускорению экономического и социального развития районов Севера (Магадан, 1987 г.);

III Всесоюзной конференции «Якутск - столица северной республики: глобальные проблемы градосферы и пути их решения» (Якутск, 1995 г.);

Международный научно-практической конференции «Параметры перспективных транспортных систем Республики Саха (Якутия)» (Якутск, 1995 г.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Емельянов В.И, Мамаев Ю.А., Кудлай Е.А. Под- 2. Шерстов В.А. Подземная разработка многолетнеземная разработка многолетнемерзлых россыпей. - М.: Не- мерзлых россыпных месторождений. Якутск. Якутский

дра, 1982. госуниверситет, ИГДС СО РАН, 2002.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------

\Н.И. Тарасов И.К.Егоров - Якутский государственный университет.