CC BY
44
© Б.Р. Ракишев, С.К. Молдабаев, Ж.Н. Хамметова, 2008
УДК 622.271
Б.Р. Ракишев, С.К. Молдабаев, Ж.Н. Хамметова
КОМБИНИРОВАННЫЕ СХЕМЫ ПЕРЕВАЛКИ НЕОДНОРОДНЫХ РАЗНОПРОЧНЫХ ПОРОД В ВЫРАБОТАННОЕ ПРОСТРАНСТВО В СЛОЖНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Семинар № 14
ш ж ри разработке мощной толщи
.Ц. вскрышных пород на горизонтальных и пологих пластовых месторождениях наиболее экономичными являются технологические схемы с непосредственной и кратной перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с использованием роторных экскаваторов и консольных отвалообразователей и их комбинации.
Увеличение высоты вскрышного уступа по одной бестранспортной или транспортно-отвальной схеме значительно увеличивает линейные размеры соответственно драглайнов и консольных отвалообразователей. В связи с высокой стоимостью более мощного оборудования эффективность горных работ при этом резко снижается. Из теории известно, что увеличить мощность вскрыши, разрабатываемой с использованием забойных отвалообразователей без увеличения их линейных параметров и массы роторных экскаваторов возможно путем отработки нижней толщи вскрышных пород двумя уступами уменьшенной высоты [1].
Однако на большинстве пологих месторождений нижняя толща вскрышных пород представлена крепкими пропластками, требующими буровзрывной подготовки. Применение же транспортно-отвальных комплексов в сложных гидрогеологических условиях за-
труднительно [2]. Поэтому поиск технических решений по обеспечению независимой в пространстве рабочей зоны и эффективной работы вскрышного оборудования цикличного и непрерывного действия и обоснование области их эффективного применения является важной научно-технической задачей.
Область непосредственной перевалки вскрыши в отвал в сложных гидро и горно-геологических условиях при разработке пластовых месторождений ограничивается устойчивостью покрывающих пород и при применении драглайнов с радиусом разгрузки 80 м не превышает 26-30м. При использовании 4-х драглайнов (2-х ЭШ-15/90 и 2-х ЭШ-20/90) на фронте работ 2000 м средняя высота основного уступа составит 24-27 м. Расширение области бестранспортной схемы разработки предопределяет увеличение объемов переэкскавации и усложняет организацию работы отвального драглайна, что сдерживает вскрытие пласта полезного ископаемого.
Следует отметить, что в сложных гидрогеологических условиях перегон техники непрерывного действия затруднен и сопровождается значительными затратами на подготовительные работы по формированию трасс их передвижения. Из-за необходимости остановки роторного экскаватора в зимний период, схемы предусматривают оставление
значительных запасов полезного ископаемого. Для стабилизации работы карьера на практике стремятся обеспечить независимую работу всего оборудования, увеличивая расстояние между ними. Однако это еще больше увеличивает простои вскрышного и добычного оборудования.
Нами проведены исследования по установлению целесообразности применения консольных отвалообразователей фирмы «Ман-Такраф» (ФРГ) в качестве перегружателя от перегрузочного механизма (ПГ) роторного экскаватора, к примеру — 2400 , до приемной консоли отвалообразователя
А Rs — 5.8800.110.
Предварительными исследованиями выявлено, что наиболее приемлемыми для условий пластовых месторождений в качестве забойного являются консольные отвалообразователи с радиусом разгрузки 225 и 195 м.
Технологические схемы совместной работы оборудования непрерывного и цикличного действия должны предусматривать челноковую схему эксплуатации транспортно-отвального комплекса (ТОК) при интенсивном ведении добычных работ несколькими забоями, рассредоточенными по фронту карьера, и минимуме затрат на разработку.
Обоснование необходимости приобретения забойного отвалообразова-теля с определенными параметрами выполнено с учетом приведенных условий функционирования технологической схемы для следующих вариантов комплектации вскрышного оборудования.
Вариант I - Нижний вскрышной уступ разрабатывается двумя драглайнами ЭШ-20/90, верхний вскрышной уступ роторным комплексом в составе роторного экскаватора SRs- 2400 + ПГ , системы ленточных конвейеров протя-
женностью 5 км и отвалообразователя A2Rs —£.8800.110.
Вариант II. Предусматривает использование в качестве забойного отвалообразователя ARs (К) 9600.225 в
комплексе с роторным экскаватором SRs - 2400 + ПГ и отвалообразова-
телем A2Rs — £.8800.110 ; скальная
толща разрабатывается драглайном ЭШ-20/90, а средняя толща плотных пород -драглайном ЭШ-20/55 с перегрузкой пород через самоходный бункер-перегружатель в воронку забойного от-валообразователя (рис. 1).
Вариант III. В состав транспортноотвального комплекса входит забойный отвалообразователь ARS (K) — 8800.195.
Нижний вскрышной уступ разрабатывается двумя драглайнами ЭШ-20/90 (рис. 2).
Результаты расчетов техникоэкономических показателей приведены в табл. 1. Анализ ее показывает, что наиболее эффективной для условий пластовых месторождений является схема с использованием консольного отвалообразователя
ARs (K) — 8800.195 в качестве перегружателя от перегрузочного механизма роторного экскаватора до приемной консоли отвалообразователя
А2 Rs — £.8800.110.
Особенностью схемы комплектации оборудования по варианту II является раздельная выемка и укладка в тело отвала скальных и плотных пород. Первые отсыпаются гребнями вдоль фронта карьера. При этом добычной и нижний вскрышной уступы разделены на два блока. Отработка скальных пород и выемка полезного
Рис. 1. Комбинация бестранспортной и транспортно-отвальной схем отработки с применением бункера-перегружателя по варианту II
Таблица 1
Технико-экономические показатели отработки основных уступов по вариантам
Варианты комплектации вскрышного оборудования Объем бестранспортной вскрыши, тыс.м3 в год Объем транспортной вскрыши, тыс.м3 в год Объем переэкс-кавации, тыс.м3 в год Объем работ роторного комплекса, тыс.м3 в год Капитальные затраты, тыс.у.е. Удельные капитальные вложения, у.е./м3 Эксплуатационные затраты, у.е./год Себестоимость разработки 1 м3 вскрыши, уе. Приведенные затраты, у.е./м3
I 5470,5 - 2352,3 2500,0 15503,0 1,945 7347498 0,922 1,214
II 2865,5 2605,0 - 8190,0 36789,0 2,693 7584209 0,555 0,959
III 5470 - 2352,3 8190,0 31503,0 2,306 7045501 0,516 0,862
Рис. 2. Схема эксплуатации транспортно-отвального комплекса при разработке разнопрочных пород драглайнами и челноковом перемещении ТОК по варианту III
ископаемого осуществляются попеременно в каждом из блоков с флангов участка (карьера) до его центра проходкой двух заходок с транспортированием полезного ископаемого и вывозкой его через выездные фланговые траншеи.
Организация работы основного оборудования следующая.
В начальный период производят отработку вскрышной заходки по среднему уступу с центра карьера или участка в одном из блоков (к примеру, в правом) с перегрузкой плотных пород через бункер-перегружатель на конвейерную систему транспортно-отвального комплекса (рис. 3).
Верхний вскрышной уступ отрабатывается транспортно-отвальным комплексом при параллельном перемещении с драглайном ЭШ-20/55. Плотные породы верхнего и среднего уступов отсыпаются отвалообразователем
А2Rs — 5.8800.110 (во второй и третий ярусы) на ранее отсыпанные крепкие породы. Доработав заходки верхнего и среднего уступов в заданном направлении до фланга участка, описанным комплексом оборудования в этом блоке проходят очередную заходку, аналогичным образом продолжая разработку плотных пород в противоположном блоке. После полного оконтурива-ния скальной толщи в восточном блоке, с его торца производят поочередно, за два прохода, отработку крепких пород драглайном ЭШ-20/90. С отставанием в пространстве осуществляют выемку полезного ископаемого. Для предотвращения простоя драглайна ЭШ-20/90, оставшаяся часть полезного ископаемого первой заходки после первого прохода разрабатывается от середины участка мехлопатой, заканчивающей к этому времени добычные работы в противоположном блоке участка (рис. 4).
Полезное ископаемое автотранспортом вывозится через фланговый выезд восточного блока. Вторая добычная за-ходка западного блока, также как и первая, делится на две части, но крайняя из них отрабатывается с опережением по фронту карьера.
Производство вскрышных работ по плотным и скальным породам в обоих блоках участка завершается одновременно.
Применение в схеме непосредственной перевалки скальных пород в отвал и бункера-перегружателя при средней мощности пород скальной толщи и пласта полезного ископаемого обеспечивает полную ликвидацию переэкскавации. Это уменьшает время ввода в разработку вскрытого пласта и увеличивает продолжительность одновременного ведения добычных работ в обоих блоках участка (карьера). Тем самым, при применении схем с поперечным перемещением вскрыши в выработанное пространство, создаются достаточные условия для стабилизации качества добытого полезного ископаемого при изменении его по фронту работ участка.
Использование в описанной схеме бункера перегружателя компенсируется эксплуатацией драглайна меньшей единичной мощности и ликвидацией объемов переэкскавации.
Недостатком схемы является необходимость использования забойного отва-лообразователя с радиусом разгрузки 225 м и приемного бункера значительных габаритов.
С учетом приемной способности внутреннего отвала высота отрабатываемой толщи вскрышных пород по варианту III схемы комплектации оборудования находится в тех же пределах.
Если в описанной схеме забойный отвалообразователь устанавливали на
Рис. 3. Схема раздельной разработки скальныгх и платны1х пород при эксплуатации роторного экскаватора от центра к флангу участка
' 'ШУхи4!^
Рис. 4. Схема раздельной разработки скальныш и плотным пород при эксплуатации роторного экскаватора в направлении центра участка
уровне кровли скальной толщи, то в приводимой схеме варианта III уровень его установки понижают до уровня кровли пласта полезного ископаемого.
Вскрышная толща разрабатывается двумя уступами: нижний, представленный разнопрочными породами, - по бестранспортной схеме с исполь-зованием двух совместно работающих драглайнов ЭШ-20/90, верхний - по транспортноотвальной схеме.
Независимое в пространстве и времени ведение вскрышных работ техникой непрерывного и цикличного действия и челноковая схема эксплуатации транспортно-отвального комплекса, как и по варианту II, так и в новой схеме также обеспечивается путем применения двукрылой отработки нижнего вскрышного и добычного уступов. При этом рабочий ход драглайнов ЭШ-20/90 с торцов участка к условной его границе осуществляется за два прохода в каждом из двух блоков. Полезное ископаемое вывозится через фланговые съезды.
Преимущество схемы варианта II состоит в снижении отрицательного влияния параметров забойного отвалообра-зователя на технико-эконо-мические показатели разработки в сложных гидро- и горно- геологических условиях.
Для реализации варианта с меньшими линейными размерами забойного от-валообразователя разработана принципиальная технология отработки нижнего вскрышного уступа драглайнами по этапам, позволяющая обеспечить челноко-вую схему эксплуатации ТОК при безопасных условиях работы его оборудования.
На I этапе от условной границы центра участка (карьера) в одном из двух блоков драглайнами ЭШ-20/90 вскрывают пласт полезного ископаемого шириной А + В , оставляя подваленным
его до уровня кровли с последующей отсыпкой метрового слоя разрыхленных плотных пород (рис. 5). Первоначально вскрышным драглайном отрабатывают верхний подступ высотой Н2, не превышающей предел вертикального смещения перегрузочного механизма относительно роторного экскаватора на величину Xп. С учетом оставления рабочей площадки шириной Ььр для установки перегрузочного механизма роторного экскаватора, ширина заходки верхнего подуступа составит
АЬ — А2 + Ьър, ж (1)
После взрывоподготовки разнопрочных пород нижнего подуступа, вскрышным драглайном проходят врубовую траншею.
На II этапе в блоке отрабатывают две заходки. В первой с отстаиванием в пространстве производят добычные работы. С целью сокращения простоя драглайнов при первом проходе по блоку ширину заходки принимают предельно возможной, обеспечивающей производство добычных работ несколькими рассредоточенными по фронту работ забоями,
Ау — 2А — А,, м, (2)
где А — ширина заходки ТОК, м.
Ограничивается она условиями безопасной эксплуатации забойного отвалообразователя, линейными параметрами вскрышного драглайна, приемной способностью нижних ярусов отвала при принятой технологии отработки основного уступа и зависит от мощности пласта полезного ископаемого и организации взаимосвязи технологических процессов.
Ширина верхнего подступа составляет
Рис. 5. Поэтапная отработка нижнего вскрышного уступа разнопрочных пород на период реконструкции карьера
А1— А1— ввр,м. (3)
На рис. 6 показаны схемы отработки нижнего вскрышного уступа в одном из двух блоков участка драглайнами ЭШ-
20/90 на период достижения карьером стабильной работы всего комплекса оборудования.
Из изложенного следует, что пропорциональная загрузка вскрышного и
Рис. 6. Поэтапная отработка разнопрочных пород нижнего вскрышного уступа на период стабилизации работы карьера
отвального драглайнов, при выдержанной высоте первых двух ярусов отвала, достигается регулированием ширины заходок при каждом из двух проходов драглайнов по одному из двух блоков участка (карьера).
Максимальная ширина заходки транспортно-отвального комплекса с учетом линейных параметров его оборудования и элементов системы разработки определяется по выражению
А — 0,5Кз + Лпо + ^з + *п з + *п +
+Кк + ЛВ — Нрс^Гз — ЬР — Н 2С^Г —
—Ър — Н1Щу — НскЩуск — В — —
—Б — НnpctqP — Ф20 — Фю — Н 0lctq^ —
—Ф — Н002CtqP— Вб — Ф02), м, (4)
где
ч<в = (Hs - H 03)ctqP+KRpo - HoзctqBl, м;
Ф10 = А1 + Ф - Ф02 - Ф20у м.
Нз - максимальная высота разгрузки отвального отвалообразователя, м.
Учитывая необходимую телескопическую свободу маневрирования оборудования ТОК в торцах участка, ширина его заходки принята равной 50 м.
Взаимосвязь элементов системы разработки с параметрами горнотранспортного оборудования, по условию безопасного размещения на кровле подваленного пласта забойного отвалообразо-вателя ARs (K) - 8800.195, следующая
А2 = Сп1 + 0,5^х - 5, м, (5)
где Сп1 - габарит приводной станции конвейера, м; £ х - ширина гусеничного хода отвалообразователя, м.
С другой стороны, ширина оставляемых подваленными вскрытых запасов полезного ископаемого ограничивается параметрами вскрышного драглайна
А2 — кЖ + С — У — (Н — Ннп )с^7 — 6р > м>
(6)
Сокращение ширины заходки на верхнем подуступе при первом проходе по блоку драглайнов помимо обеспечения возможности регулирования параметрами отвала полностью исключает ее влияние на использование их по производительности.
Производительность экскавации разноструктурной толщи вскрыши, в зависимости от конкретных горногеологических условий и с учетом соотношения скальных и мягких пород, возможно определить по выражению
р“—[ Р:Н-+рм (Н—Нс“)]Н;1,(7)
млн. м / год.
По разработанной технологии отработки разнопрочных пород (с учетом совместной работы двух драглайнов) годовая производительность вскрышного экскаватора при первом проходе по блоку определяется по формуле
РВг — {{РСэкНсЫ [а + 0,5Нск (^ +
+С^Кк )] + РМ {(Ннпг — НсШ )[а +
+Н к (сЩКр + ЩКк) + 0,5 х
х(Ннпг — Нскг )(сЩ*Ър + сЦЛг ')] + +АиН2)][аНнт + Нскг (Ннпг — (8)
—0 5Нскг )(сЦ\р + сЪКк ) +
+0,5(Ннт — 0, 5Нскг )\Щ\р +
+^у) + А1ЪН2]—у, млн. м3/ год.
Скорость подвигания вскрышного и добычного забоя в сутки при этом составит
V:, — 106 Р^Р ЛаНнп, + Нм (Нн га —
—10 5 Х Нскг )(сЦ\р + ЩКк ) +
+0,5(Ннпг — НсЫ )2 х (9)
х(^\р + ^у) + А1ЪН 2 ]—у, м / сут.
Количество добычных экскаваторов, необходимых для отработки добычного блока после первого прохода драглайнов, составит
К — КАгЬ, (^смпсм )—У. (10)
При втором проходе по блоку вскрышного экскаватора его производительность составит
Ры — {{Р:кНск1 [а2, + 0,5Нскг (ЩХЬр +
+ЩХск)] + РМ{(Ннпг — Нск1 )[а21 + Нк Х х(сЩкЪр + Щкк ) + 0,5 Х (Ннш — НсЬ ) Х х(ЩХър + Щу)] + (4 + Ър, )Н2>} х (11) ХаНнпг + Нск1 (Ннп, + 0,5Нскг )(Щ1Ьр +
+сЦкк )0,5(Ннп — НСг )2(сЩ\р + сЩУ) +
+(А2 + ЪЬ)Н2]—1,млн. м3/год.
Подставив в формулу (9) вместо А1ЪН2 выражение (А2 + ЪЬ )Н2, а вместо аг ^ а2г, определим скорость под-вигания вскрышного забоя при втором проходе драглайнов по блоку.
Скорость подвигания забоя ТОК
ит — 106Рт(ЫРАН3) м/сут. (12)
Количество добычных экскаваторов, необходимых для отработки добычного блока после оконтуривания пласта драглайном ЭШ-6/45,
пЭ — ишАИг ^смпсм )—1, (13)
где иш < ит. Если же иш ^ ит , то принимаем иш — ит. Скорость под-
вигания забоя ЭШ-6/45
иш — 106 Рш^р (h +1)[ Б + 0,5(й +1) х
х(^А + ^Р)]}1, м / сут (14)
С отстаиванием от забойного отва-лообразователя на величину
К — К +15 остаточный объем отрабатывается драглайном ЭШ-6/45. Добычные работы ведутся на безопасном удалении, принятом равным 200 м. При этом для безопасного окончания вскрышных работ в противоположном блоке драглайнами, необходим отгон забойного отвалообразователя от зоны действия вскрышного драглайна ЭШ-20/90 на величину
1. Развитие техники и технологии открытой угледобычи /М.И. Щадов, К.Е. Винницкий, М.Г. Потапов и др.; Под ред. М.И. Щадова. -М.: Недра, 1987. - 237 с.
£ б — 30 + Я + 0,5Г3, м, (15)
где Г3 - габарит по ширине забойного
отвалообразователя, м.
Тогда длина оставляемого блока вскрытого пласта до района условной границы центра участка составит
£ о — 40 + Яо Г3, м. (16)
Драглайн ЭШ-6/45 отрабатывает этот блок за
^ — £ окАгК (1 + Р)(псм&м Ґ, сУт .
(17)
Анализ результатов расчета показывает, что принятая организация работы всего комплекса оборудования достаточно надежная и обеспечит проектную мощность условного карьера без снижения достигнутой предприятием производительности по добыче.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Интенсификация вскрышных работ на Язовском месторождении / Г.Д. Пчелкин, Н.М. Студинский, И.Л. Гуменик, С.К. Молдабаев и др. // Горный журнал. - 1986. -№ 9. - С. 23-25.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------
Ракишев Б.Р. - доктор технических наук, профессор, акад. НАН РК, КазНТУ,
Молдабаев С.К. - кандидат технических наук, доктор высшей ступени MAIS, профессор, ЕИТИ,
Хамметова Ж.Н. - горный инженер, ЕИТИ.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 14 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. B.C. Коваленко.
