CC BY
43
----------------------------------------- © П.И. Тарасов, В. О. Фурин,
А.Г. Ворошилов,
А. В. Глебов, 2006
УДК 622.684.629.114
П.И. Тарасов, В. О. Фурин, А.Г. Ворошилов,
А.В. Глебов
НЕОБХОДИМОСТЬ СОЗДАНИЯ НОВЫХ УГЛУБОЧНЫХКОМПЛЕКСОВ ДЛЯ КИМБЕРЛИТОВЫХ КАРЬЕРОВ ЯКУТИИ
Семинар № 12
Я а горнодобывающих предприятиях с открытым способом разработки особая роль принадлежит карьерному транспорту. Он не только наиболее сложное и трудоемкое звено технологического процесса разработки месторождений полезных ископаемых, но в значительной степени определяет условия и показатели работы других звеньев и предприятия в целом.
По мере развития техники и технологии горных работ, увеличения глубины карьеров, ужесточения экономических требований на первый план выдвигаются комплексные проблемы развития открытых горных разработок, к числу которых следует отнести такую проблему, как соответствие параметров горных и транспортных машин конкретным горнотехническим условиям разработки месторождений.
К числу научных задач и инженерных решений проблемы транспорта глубоких карьеров относится установление эффективных по энергетическим, экологическим и экономическим показателям областей применения основных видов карьерного транспорта в различных горнотехнических условиях.
Среди задач производителей горного оборудования - создание надежных, технически новых машин, отвечающих требованиям конкретных условий эксплуатации.
В настоящее время глубина существующих и проектируемых карьеров варьируется в значительных пределах. Для решения задач выбора транспортного оборудования для карьеров различной глубины, а также на различных стадиях отработки специалистами ИГД УрО РАН предлагается систематизация карьеров, включающая классификацию по глубине и по типам применяемого транспортного оборудования (рис. 1) [1].
Эффективность открытого способа разработки возрастает при интенсивной углубке рабочей зоны и при минимальном разносе бортов карьера. Становится целесообразным вовлечение в сферу открытой разработки месторождений, залегающих на глубине 600 и более метров. Не менее важной задачей является продление срока службы карьеров достигших своей проектной глубины, а также переход от открытого способа разработки к подземному без остановки добычных работ и существенной потери мощности обогатительных фабрик.
Перечисленные задачи актуальны для кимберлитовых карьеров Якутии. По данным института «Якутнипроалмаз» горные работы на карьерах ведутся на глубине от 30 до 500 м при средневзвешенной глубине их ведения в 176 м. К 2010 г. открытые горные работы достигнут глубины 600 м и, вероятно, будут продолжены до глубины 700-760 м [2]
Рис. 1. Систематизация карьеров с применением автомобильного и гусеничного транспорта по горнотехническим условиям эксплуатации
Переход на подземный способ добычи алмазов требует серьезных затрат на строительство шахтных комплексов. Такие затраты могут частично перекрываться за счет продолжения открытых горных работ на карьерах, где целесообразна доработка запасов полезного ископаемого на участках, не вошедших в проектный контур карьера, а также на карьерах, где достигнутая проектная глубина может быть пересмотрена из-за применения новых технологических решений и использования нетрадиционных схем погрузочнотранспортного оборудования.
Основные факторы, характеризующие условия ведения работ на сверхглубоких, суперглубоких карьерах, в зоне интенсивной углубки:
- ограниченная ширина и крутые уклоны транспортных магистралей - до 25 %;
- отсутствие специального дорожного покрытия;
- стесненность и обводненность рабочей зоны, близость к взрывным работам;
- увеличение прочностных показателей пород по глубине залегания;
- недостаточная эффективность мер по проветриванию и вентиляции, и как следствие, сильная загазованность рабочей зоны.
На алмазодобывающих карьерах Якутии к общим влияющим факторам добавляется ряд уникальных особенностей:
- отдаленность района месторождений от промышленно-развитых регионов;
- жесткие климатические условия при перепаде температур от +35 до - 41,6 °С (карьер «Удачный»);
- слабая несущая способность основания автодорог из-за сезонного оттаивания многолетней мерзлоты;
- отсутствие ветра в безоблачную морозную погоду.
Из анализа технических параметров существующего горного оборудования
следует, что среди погрузочного оборудования ряд моделей подходит для данных условий эксплуатации. Отечественные гидравлические экскаваторы способны при перегоне преодолевать уклоны до 36 % (20°), зарубежные (по данным рекламных проспектов) - 70 % (35°).
Автосамосвалы грузоподъемностью 40-55 т основных мировых производителей могут преодолевать уклоны до 12 %. Преодоление более крутых уклонов технически возможно лишь на коротких участках, т. к. с увеличением затяжного подъема работа двигателя и трансмиссии на предельных режимах ведет к снижению надежности и выходу из строя узлов машины, повышается износ шин, возрастает расход топлива. При этом скорость транспортирования падает, а эксплуатационные затраты растут. Из-за снижения устойчивости, ухудшения видимости, невозможности движения на уклонах задним ходом остро встают вопросы безопасности.
Несмотря на это, увеличение уклона дорог на некоторых карьерах не только снижает объемы горно-капитальных работ и расстояние транспортирования, но и влияет на объемы добываемой руды.
Как показали исследования института «Якутнипроалмаз», при существующих контурах верхних горизонтов и принятых углах откоса уступов карьера за счет увеличения продольного уклона транспортной бермы на карьере «Удачный» можно значительно увеличить объем добываемой руды. Увеличение уклона сокращает длину транспортной бермы, в результате чего увеличивается вскрываемая площадь рудного тела на конечной глубине карьера. Реализация такого способа при проектной глубине карьера может обеспечить почти полугодовую работу обогатительной фабрики [3].
Так как транспортировка горной массы автомобильным транспортом на крутых уклонах при ограниченной ширине съезда и отсутствии специального дорожного покрытия затруднена, а в некоторых случаях становится технически невозможной, то
для эффективной работы в указанных условиях возникает необходимость создания принципиально нового типа карьерного транспорта - самосвала на гусеничном ходу с кузовом на поворотной платформе.
Основные преимущества гусеничного движителя перед колесным позволят гусеничному самосвалу успешно производить транспортировку горной массы с места выемки до перегрузочных пунктов или складов. А именно:
- высокие тяговые возможности гусеничного движителя смогут обеспечить преодоление крутых уклонов на номинальных режимах работы двигателя и трансмиссии на сравнительно высоких скоростях движения;
- проходимость и приспособляемость гусеничного самосвала к неровностям пути способны исключить затраты на подготовку и специальное покрытие дорог;
- характерная для машины на гусеничном ходу маневренность позволит с минимальными потерями времени подъезжать под погрузку и разгружаться;
- сравнительно низкое удельное давление на грунт вероятно обеспечит более безопасное перемещение по узким транспортным магистралям.
Наряду с основными функциями гусеничный самосвал сможет выполнять вспомогательные операции, такие как буксировка оборудования, эвакуация застрявших машин, доставка людей к месту работы и т.д.
Важным техническим решением в карьерном гусеничном самосвале должна стать полноповоротная платформа с установленным на ней кузовом. Такая конструкция позволит:
- устанавливать кузов под погрузку с минимальными потерями времени на маневрирование;
- исключить движение задним ходом;
- отказаться от традиционных схем подъезда под погрузку и исключить объемы работ на подготовку площадки для разворота;
- исключить разворот машины, и, как следствие, сократить потери энергии и износ элементов ходовой части (рис. 2)
В настоящее время выпуском самосвалов на гусеничном ходу с полноповоротной платформой занимаются 2 фирмы: Hitachi Construction Machinery Co Ltd. и Komatsu Mining System. Машины этих производителей имеют грузоподъемность от 2 до 11 т, резиново-металлические гусеничные ленты и предназначены для транспортировки грузов и строительных материалов по слабым неподготовленным грунтам.
В мировой практике ведения открытых горных работ опыта использования гусеничной техники в качестве карьерного транспорта нет.
Необходимо отметить, что гусеничный транспорт грузоподъемностью 30-50 т должен рассматриваться как часть транспортного комплекса карьера применительно к зоне интенсивной углубки (рис. 3). Возможно, эксплуатационные затраты, такие как расход топлива, ремонты, материалы, будут выше, чем при использовании общепринятых видов транспорта. Однако эффективность применения новых машин может быть оценена только после сравнения эксплуатационных затрат с прибылью, получаемой от сокращения объемов горно-капитальных работ и от доработки запасов полезных ископаемых.
Сокращение объемов горно-капи-
тальных работ с применением нового уг-
Рис. 2. Отработка тупиковой за-ходки с использованием гусеничного самосвала: 1 - подъезд в зону
погрузки кабиной вперед; 2 - разворот кузова под погрузку; 3 - выезд из траншеи кабиной вперед
лубочного комплекса можно проследить через зависимость суммарного объема карьера от усредненного угла откоса рабочих и нерабочих бортов карьера, которая выражается известной формулой:
Ук = 8ИК+1 РНк2с1муср+ П Нк3^2Уср,
2 3
где 8 - площадь дна карьера, м2; Нк - глубина карьера, м; Р - периметр залежи (дна карьера), м; уср - усреднённый угол откоса рабочих и нерабочих бортов карьера, град.
Формула определения объёма карьера чётко отражает зависимость от рабочего у2 и нерабочего (конечного) у3 углов откоса борта карьера (рис. 5), причём эта зависимость носит геометрический характер. Значение этих углов в свою очередь определяется: шириной и количеством рабочих и нерабочих площадок, высотой и углом откоса уступа (рабочего и нерабочего), количеством и шириной транспортных площадок, количеством и шириной предохранительных берм.
2. Положение борта карьера при отработке с применением углубочного комплекса.
Применение углубочного комплекса способно повлиять в сторону увеличения угла откоса как рабочего у2 , так и результирующего нерабочего уз . За счёт повышенного уклона появляется возможность сокращения количества транспортных площадок и их ширины, так как гусеничный ход требует меньшей ширины дорожного полотна, а также меньших радиусов поворота.
мещающеися относительно рамы в вертикальной плоскости
Уменьшится ширина рабочих площадок, которые, как правило, в конце отработки при стеснённых условиях работы держатся минимально допустимыми. В случае применения углубочного комплекса мы находим дополнительный резерв к уменьшению их ширины за счёт применения на них полноповоротной платформы, исключающей необходимость выполнения манёвра разворота.
При проходке разрезной траншеи это
преимущество позволяет сократить ширину её основания.
Одним из недостатков, с точки зрения увеличения углов откосов бортов карьера, а следовательно и сокращения объёма, является сооружение площадки перегрузки на автомобильный транспорт, что обуславливает необходимость оставления предохранительного целика. Но учитывая то, что работа углубочного комплекса планируется в нижней зоне карьера, при-
Рис. 4. Отработка зоны интенсивной углубки с использованием углубочного комплекса
Рис. 5. 1 - положение борта карьера при отработке автомобильным транспортом; 2 - положение борта карьера при отработке с применением углубочного комплекса
чём на подходе к конечному контуру (а возможно и за ним), то за счёт специальных мероприятий таких как сдваивание либо страивание нерабочих уступов, искусственного их закрепления, вполне возможно разместить площадку, удовлетво-
ряющую размерам перегрузочной. Учитывая относительно небольшой период работы с применением углубочных комплексов, временное закрепление вышележащих уступов не представляется опасным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тарасов П.И. Перспективы применения
комбинированных энергосиловых установок на карьерных автосамосвалах//Геотехнологические проблемы комплексного освоения недр.-
Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2004.
2. Акишев А.Н., Бахтин В.А., Бондаренко Е.В., Бабаскин С.Л. Управление развитием рабо-
чей зоны кимберлитовых карьеров//Горная промышленность, 2004, №1. С. 53-58.
3. Еремеев В.И., Забелин В.В. Влияние продольного уклона дороги карьера «Удачный» на конечный объем добываемой руды//Алмаз, 2004.
Коротко об авторах
Тарасов П.И., Фурин В.О., Ворошилов А.Г., Глебов А.В. - Институт горного дела Уральского отделения Российской Академии наук (ИГД УрО РАН), ОАО «ОМЗ Горное оборудование и технологии».
