CC BY
66
---------------------------------- © В.С. Квагинидзе, В.А. Бердюгин,
2009
УДК 622.001.89:622.68
В. С. Квагинидзе, В.А. Бердюгин
КОМПЛЕКСЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ И СВЕРХМОЩНЫХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
При разработке месторождений разрезами большой производственной мощности предпочтение отдается бестранспортным и поточным технологиям с механизацией горных работ комплексами оборудования непрерывного действия, если его применение не ограничивается условиями месторождения. В статье рассмотрены такие угольные бассейны как Кузнецкий, Канско-Ачинский, Иркутский, Южно-Якутский, Экибастузский.
Ключевые слова: угольные местрождения, горные работы, производственная мощность.
Одним из основных условий эффективного функционирования любого горнодобывающего предприятия является соответствие принятых технологических комплексов механизации горных работ условиям разрабатываемых месторождений.
На выбор комплексов оборудования оказывают влияние следующие группы факторов: природные (физико-механичес-кие свойства разрабатываемых пород, геологические и гидрогеологические условия месторождения, климатические условия района, рельеф поверхности карьерного поля, виды и назначение полезного ископаемого, его ценность и запасы), технологические и технические (календарный план разработки, годовая производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше, параметры карьера и срок его службы, расстояния транспортирования, размеры и конфигурация карьерного поля, требования правил технической эксплуатации и охраны окружающей среды, требования потребителя к качеству продукции, ритмичности и надежности поставок продукции), организационные (наличие трудовых и энергетических ресурсов, возможность получения, сроки поставки и монтажа оборудования, сроки строительства карьера, условия взаимодействия с энергетической, транспортной и другими системами) и экономические (допускаемые капитальные затраты, возможность получения кредитов и условия их погашения).
Выбор средств механизации отдельного технологического процесса должен осуществляться не только с точки зрения эффективности самого процесса, но и с учетом его взаимосвязей со всеми другими процессами и исключительно с точки зрения достижения максимальной суммарной эффективности функционирования всего комплекса оборудования.
При формировании комплексов оборудования должно быть обеспечено соответствие технологических характеристик горных пород и самого процесса (крупность пород, параметры развала и т. д.) техническим условиям применения оборудования, а его производительности средств механизации по смежным технологическим процессам должны соответствовать друг другу. Выходные характеристики полезного ископаемого (круп-ность, однородность состава и свойств, количество нежелательных примесей, внесенных в процесс извлечения) должны соответствовать предъявляемым требованиям, а работа комплекса оборудования всего карьера должна обеспечивать планомерную, в соответствии с интенсивностью грузопотоков, подготовку горных пород к выемке, их выемку и погрузку, перемещение, складирование и при необходимости и первичную переработку полезного ископаемого.
При всем разнообразии разрабатываемых месторождений и имеющихся средств механизации процессов производства, следует стремиться к минимизации числа технологических процессов и затрат на их осуществление и ликвидацию нежелательного вредного воздействия на окружающую среду. Эти затраты, отнесенные к 1 м3, зависят от показателей трудности разрушения породы, климатических и гидрогеологических условий разработки, масштаба горных работ и размера карьерного поля, применяемых технических средств, требуемой крупности разрушения пород, организации производства отдельных процессов и горных работ в целом.
Комплекс оборудования, выбираемый для реализации принимаемой технологии, должен быть ориентирован на поточную технологию (в случае применения оборудования цикличного действия и технологических процессов, выполняемых циклично, эти требования реализуются в виде создаваемой ритмично функционирующей системы - потока) и отвечать следующим требованиям:
1. Паспортные характеристики машин должны соответствовать физико-механическим свойствам и технологическим характе-
ристикам пород при выполнении каждого процесса, а также геологическим и климатическим условиям разработки и района месторождения;
2. Машины должны обеспечивать техническую возможность выполнения работ при некоторых изменениях (ухудшениях) условий работ;
3. Комплекс оборудования должен соответствовать принятым параметрам разработки и вскрытия, размерам и форме карьера, его мощности, т.е. скорости производства работ комплексами оборудовании должны полностью соответствовать скоростям развития поверхности карьера, которые установлены при проектировании календарного плана вскрытия и режима горных работ и количественно выражены значениями элементов системы разработки.
4. Отдельные звенья комплекса по своим параметрам и назначению должны соответствовать друг другу (высота погрузки и разгрузки, соотношение геометрических емкостей и т. д.).
5. Комплексы должны обладать определенными резервами мощности по сравнению со среднечасовыми показателями их работы иметь запас мощности 1,2-1,3 (при разработке мягких пород) и 1,3-1,5 (при разработке скальных и разнородных пород).
6. Предпочтительно применять более мощную технику. Однако ведущим условием ее применения должно быть обеспечение максимального использования во времени. Наибольший экономический эффект достигается только при условии полного использования мощности и производительности машин, входящих в комплекс, в первую очередь ведущих машин. При этом необходимо обеспечить надежность поставок полезного ископаемого и быстрое выполнение ремонтов оборудования.
7. Ведущими машинами комплекса следует считать выемочные и транспортные машины. При разработке исключительно трудноразрабатываемых пород ведущими машинами могут стать и буровые станки, так как они ограничивают производительность комплекса, с учетом чего осуществляют выбор оборудования и параметров разработки.
8. Следует отдавать предпочтение комплексам оборудования с минимальными объемами вспомогательных и слабомеханизированных работ, что обеспечивает уменьшение числа рабочих, в том числе на вспомогательных работах.
Общими принципами формирования комплексов оборудования являются: поточность производства, совмещение процессов, кратчайшее расстояние перемещения горной массы, сокращение объемов вспомогательных работ.
При разработке мощных и сверхмощных месторождений основных угольных бассейнов России и ближнего зарубежья на разрезах в зависимости от условий применяются различные комплексы оборудования.
Кузнецкий угольный бассейн. Климат бассейна резко континентальный, на юге более мягкий. Годовые колебания температуры воздуха от -50 о зимой до +45 о летом.
Угольные месторождения, пригодные для открытой разработки, имеют свитовое залегание, характеризуются большим многообразием, достаточно сложны и по структурно-тектоническим признакам делятся на три типа: пологие и наклонные моноклинальные, расположенные на юге (углы падения 3^12 пластов общей мощностью 27^42 м от 5^15° до 20^35 °); крутопадающие, сложноскладчатые месторождения в центральной части (3^13 смятых крупноскладчатых пластов с углами падения крыльев складок от 45 до 90 ° при мощностью двух основных - 35^50 м и общей суммарной 34^79 м); наклонные брахисинклинали на севере (длиной до 12 км, шириной до 8 км с углами падения крыльев от пологого 10^15 ° до крутого 45^80° при мощностью платов до 30 м).
Добываемый уголь марок Д, Г, СС, Т, ПЖ, К, ПС, Т. Производственная мощность разрезов достигает 6,8 млн.т при глубине до 150 м и более.
Породы вскрыши и междупластий представлены песчаниками, аргиллитами и алевролитами. Четвертичные отложения состоят из суглинков и имеют мощность 15^30 м, а в отдельных случаях до 60^65 м.
На разрезах Кузбасса при производстве вскрышных работ используются в основном следующие комплексы оборудования:
- экскаваторно-транспортно-отвальные с перевозкой пород в основном во внешние отвалы как железнодорожным, так и автомобильным транспортом;
- экскаваторно-отвальные с перевалкой пород мощными драглайнами в основном во внутренние отвалы при пологом падении пластов (до 12^14°);
- гидромеханизированные комплексы при разработке наносов на некоторых разрезах.
Погрузка угля в основном осуществляется механическими лопатами и гидравлическими экскаваторами в средства автомобильного и железнодорожного транспорта, а подготовка полускальных и скальных горных пород к выемке ведется буровзрывным способом.
В зависимости от условий ведения горных работ на разрезах Кузбасса применяется следующее горное и транспортное оборудование: на погрузке пород вскрыши и угля в железнодорожные составы — экскаваторы ЭКГ-5А, ЭКГ-8И, ЭКГ-12, а при погрузке в средства автотранспорта, кроме того — более мощные механические и гидравлические лопаты с емкостью ковша до 32 м3. При бурении по породам вскрыши доминируют станки шарошечного, по углю — шнекового бурения.
Канско-Ачинский угольный бассейн. Климат района резкоконтинентальный с холодной продолжительной зимой. Колебание температуры от -50 о зимой до +45 о летом.
Для большинства месторождений бассейна характерно пологое и реже наклонное залегание угольных пластов. Выходы пластов, как правило, перекрыты наносами небольшой мощности.
Отрабатываемые пласты мощностью до 40-60 м, с углами падения 2-9 ° имеют простое строение. На некоторых месторождениях кроме основных залегает еще несколько сближенных пластов угля мощностью от 1,3 до 7 м. Угли месторождения марок Б-1 и Б-
2. Производственная мощность разрезов до 50 млн. т при глубине 50-110 м.
Вскрышные породы месторождений бассейна в основном рыхлые или слабосцементированные и представлены в большей части суглинками, аргиллитами, алевролитами и песчаниками не требуют подготовки их к выемке. Мощность четвертичных отложений на большинстве месторождений небольшая и, как правило, не превышает 10-15 м.
На добычных работах приняты выемочно-транспортноразгрузочные (экскаваторы ЭРП-5250 - забойные перегружатели ПКЗ-5250/60 - междуступные перегружатели ПМД-5250 - конвейер и роторные экскаваторы ЭР-1250 и ЭРП-2500 с погрузкой в железнодорожные вагоны), на вскрышных — выемочно-отвальная (роторные экскаваторы ЭРП-5250ВС - забойный перегружатель ПКЗ-
5250/60 - отвалообразователь 0ШР-5250/190) или на верхних горизонтах — экскаваторно-транспортно-отвальная (экскаваторы ЭКГ-8И и ЭКГ- 12,5 с погрузкой в железнодорожный транспорт) и нижних уступах — экскаваторно-отвальная (экскаваторы ЭШ-100/100, ЭШ-40/85, ЭШ-20/90, ЭШ-15/90, ЭШ-10/70) структуры комплексной механизации
Иркутский угольный бассейн. Климат бассейна резкоконтинентальный с сильными морозами зимой до -50° и максимальной температурой летом +35°.
Разрабатываемые угольные пласты мощностью 1-18 м имеют сложное строение и в большинстве не выдержаны по мощности. Залегание пластов горизонтальное и пологое 0-6 °. Угли марок Д и Б. Производственная мощность разрезов до 12,5 млн т при глубине 50-90 м.
Вскрышные породы представлены четвертичными отложениями мощностью 2-25 м и юрскими отложениями — довольно крепкими песчаниками, аргиллитами, алевролитами и сланцами.
Структуры комплексной механизации: на вскрышных работах экскаваторно-отвальная (драглайны ЭШ-15/90, ЭШ-20/90, ЭШ-25/100, ЭШ-40/85), на добычных выемочно-тран-спортно-
разгрузочная и экскаваторно-транспортно-разгру-зочная (экскаваторы ЭР-1250, ЭКГ-8И, ЭКГ-5 - железнодорожный транспорт),.
Южно-Якутский угольный бассейн. Климат района резкоконтинентальный. Продолжительность зимнего периода 7-8 месяцев с температурами до - 60о. В районе месторождения развита многолетняя мерзлота на глубину 40-60 м.
Разрабатываемое «Нерюнгринское» месторождение представляет собой мульду длиной 6 км и шириной 3,9 км. Глубина залегания пласта 315 м. Углы падения крыльев мульды в периферической части 20-25 °. Отрабатывается пласт Мощный (мощность от 20 до 70 м) имеющий простое строение. Угли марок К и СС. Производственная мощность разреза 10 млн т при максимальной глубине 300 м.
Вскрышные породы представлены песчаниками и алевролитами значительной крепости, требующими применение буровзрывного рыхления.
Структуры комплексной механизации: на вскрышных работах экскаваторно-транспортно-отвальная (экскаваторы ЭКГ-15, ЭКГ-20, Марион 201, Марион 301, РС 5500, РС 8000 - автосамосвалы
БелАЗ-75306, Холпак - 830Е, Комацу - 830Е, БелАЗ-75213), на добычных работах экскаваторно-транспорт-но-разгрузочная (экскаваторы ЭКГ-8И - ГО-1200Е, БелАЗ-7530, БелАЗ-75131, БелАЗ-
75129, БелАЗ-7515, БелАЗ-75145).
Бурение скважин осуществляется буровыми станками СБШ-250 МН, СБШ-320, DM-H, РУ-275.
Экибастузский каменноугольный бассейн. Климат района резкоконтинентальный. Зимой характерны сильные морозы до -43 °, летом температура поднимается до +40 °.
Разрабатывается асимметричную мульдообразная складка, вытянутая в направлении с северо-запада на юго-восток. Длина мульды по пластам, имеющим промышленное значение, 14,5 км, ширина 6,5 км. Максимальная глубина погружения пластов
— 750 м. Сверху площадь бассейна перекрыта породами палеогенового и четвертичного возраста мощностью до 15 м.
Угольные пласты характеризуются сложным строением, частым переслаиванием угольных пачек с породными прослойками мощностью от нескольких сантиметров до нескольких метров. Угли месторождения марок Б, СС, К, Д. Производственная мощность разрезов до 57 млн т при глубине 40-180 м.
Коренные вскрышные породы обладают значительной крепостью и плотностью, что делает необходимой их предварительную подготовку к выемке.
Структуры комплексной механизации: на вскрышных работах
— экскаваторно-транспортно-отвальная (механические лопаты ЭКГ-12,5, ЭКГ-8И, ЭВГ-4И, ЭКГ-6,3у, ЭКГ-6,3ус - думпкары ВС-105, ВС-136), на добычных выемочно-транспортно-разгрузочная (роторные экскаваторы ЭРШРД-5000, ЭРП-2500, ЭРП-1250, ЭР-1250, SRS(k)-2000hSRS(k)-470 - железнодорожный (конвейерный) транспорт)).
При подготовке пород вскрыши к выемке используются буровые станки СВБ-2М, СБР-160, 2СБШ-200,2СБШ-200Н. На отвалах используются механические лопаты ЭКГ-8И и ЭКГ-12,5, в том числе и с увеличенной вместимостью ковша и драглайны ЭШ-10/70А и ЭШ-13/50.
При разработке месторождений разрезами большой производственной мощности предпочтение отдается бестранспортным и поточным технологиям с механизацией горных работ комплексами
оборудования непрерывного действия, если его применение не ограничивается условиями месторождения, птш
V.S. Kvaginidze, V.A. Berdjugin
COMPLEXES OF THE EQUIPMENT FOR DEVELOPING OF THICK AND EXTRA-THICK COAL DEPOSITS
By developing deposits using cuts of big productive capacity the preference is given to no transported and line technologies with mechanization of mining works by complexes of the equipment of continuous action if its application is not limited to deposit conditions. In the article such coal basins as Kuznetsk, Kansko-Achinsk, Irkutsk, South Yakutia, Ekibastuzsky are considered.
Key words: coal deposit, mining works, producing capacity.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Квагинидзе В.С. - доктор технических наук, профессор ГОУ ДПО «Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов», ipk40@rambler.ru,
Бердюгин В.А. - Технический институт (филиал) ГОУ ВПО Якутского университета им. М.К. Амосова в г. Нерюнгри, nfygu@neru. sakha.ru
