CC BY
20
© Б.Р. Ракишсв, C.K. Молдабасв, 2013
УДК 622.271.3.001.63
Б.Р. Ракишев, С.К. Молдабаев
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА С КРАТНОЙ ПЕРЕВАЛКОЙ РАЗНОПРОЧНЫ1Х ПОРОД
Предложена пространственная модель экскаваторно-отвального технологического комплекса разработки разнопрочных пород, позволяющая выбрать эффективные схемы организации работы вскрышного и добьччного оборудования на смежных участках и установить оптимальные параметры схем экскаваций с учетом взрывной подготовки вскрышных и угольных блоков.
Ключевые слова: экскаваторно-отвальный комплекс, разнопрочные породы, схема экскавации, драглайн, добычные работы, вскрышные работы, взрывные работы, вскрытие..
ШМ современных рыночных условиях внедрение экскаваторно-отвальных
Л-ß технологических комплексов на отработке надугольных вскрышных уступов с применением мощных драглайнов сдерживается большими сроками их окупаемости. В результате выполненных исследований [1] установлено, что эффективность разработки разнопрочных пород экскаваторно-отвальным комплексом с кратной перевалкой на пластах малой мощности (4^15 м) существенно повышается с увеличением высоты вскрышного уступа по схеме с опережающей выемкой приконтурной части нижнего подуступа. Еще большее снижение коэффициента переэкскавации, с 14 до 19 %, обеспечит регулирование ширины заходок между подуступами вскрышного уступа. Применение электрофицированного железнодорожного транспорта на добыче пластов средней мощности (до 30^40 м) в этих схемах обеспечивается формированием транспортного горизонта с двумя забойными путями на промежуточной площадке (рис. 1). При поочередном использовании пары мощных драглайнов на смежных участках и отработки части пород нижнего подуступа через одну за-ходку экскаваторно-автомобильно-отвальным комплексом достигается увеличение объема бестранспортной вскрыши до 40 % и добычи полезного ископаемого до 25 % [2]. Следовательно, резервы повышения эффективности применения экскаваторно-отвальных комплексов с кратной перевалкой разнопроч-ных пород существенно зависят от организации вскрышных, добычных и буровзрывных работ.
При проектировании оптимальных параметров экскаваторно-отвальных технологических комплексов организация работы драглайнов в пространстве и во времени учитывалась в работе [3]. Созданная методика по выбору оптимальных вариантов организации работ вскрышных экскаваторов основана на скорости подвигания забоев в соответствии с заданной производительностью карьера.
Рис. 1. Схема экскавации двумя драглайнами ЭШ-20/90 и мехлопатой ЭКГ-10 в комплексе с автотранспортом
В работе [4] установлена взаимосвязь параметров системы разработки от длины фронта работ. Основанием для дальнейшего совершенствования известных методик послужили результаты несоответствия проектных параметров заданной производственной мощности карьеров, что в реальных условиях производства приводило к недоиспользованию по производительности мощных драглайнов.
Для повышения качества и эффективности проектных и управляющих решений разработана методика расчета и составлен алгоритм оптимизации параметров экскаваторно-отвального технологического комплекса с кратной перевалкой разнопрочных пород [5]. Реализация алгоритма позволяет проводить оценку соответствия расчетных параметров возможных технологических схем организации вскрышных, добычных и буровзрывных работ условию обеспечения регламентируемой производительности карьера по добыче полезного ископаемого при реальных объемах бестранспортной вскрыши в конкретных горнотехнических условиях.
Оптимизация параметров схем экскавации для исследуемых вариантов организации работы вскрышного и добычного оборудования обеспечивается на основе объемного моделирования. Последовательность выполнения вскрышных и добычных работ зависит от длины фронта работ и предопределяет объем подготовленных запасов угля. При этом существенное влияние на вместимость внутреннего отвала и варианты организации работы вскрышного и добычного оборудования оказывает схема вскрытия добычной зоны через число транспортных выходов и направление грузопотоков угля.
Рассматривались следующие схемы организации работы вскрышного и добычного оборудования: блок вскрыт одним фланговым выездом (схема I); на каждом из двух участков рабочий ход драглайнов и добычного комплекса осуществляется от флангов к центру карьера (II); вскрышные и добычные работы рассредоточены и производятся поочередно в каждом из двух блоков карьера с одним центральным выездом (III) или участков с самостоятельными центральными выездами (IV); каждый участок карьера вскрыт с обоих флангов, после начала отработки очередной вскрышной заходки добыча оставшегося на каждом участке вскрытого угля производится с противоположной стороны (V). По схемам I—V драглайны работают в паре с кратной перевалкой. Если расчетное их количество получается нечетным, то основной вскрышной уступ одного из участков отрабатывается одним драглайном за два прохода по заходке VI.
Впервые при обосновании параметров экскаваторно-отвальных комплексов выполняется проверка выполнения регламентируемой производительности карьера по углю с учетом обеспечения норматива по подготовленным запасам, которое зависит от количества и продолжительности циклов с момента отработки вскрышной заходки до завершения выемки вскрытого пласта с учетом ремонтов, вынужденных простоев и безопасных условий работы всего задействованного оборудования.
Пусть Н — высота основного вскрышного уступа, м; ео -величина резерва по ускорению подвигания забоев пары драглайнов; по — загруженность отвального драглайна по отношению к вскрышному драглайну; под — допустимая
величина загруженности отвального драглайна по отношению к вскрышному драглайну; Qy — расчетная производительность по углю участка работы пары драглайнов по схемам I—IV, т; Qg^ — скорректированная производительность по углю участка работы пары драглайнов по схемам I—IV, т; Q,.ö — возможная производительность по углю участка работы пары драглайнов в зависимости от организации взаимосвязи вскрышных, добычных и буровзрывных работ по схемам I—IV, т; Qyii — то же для схемы V; Qu — то же для одного драглайна,
т; n — количество участков совместной работы пары драглайнов; Ду — длина добычного фронта участка работы пары драглайнов; Дк — длина добычного фронта работы карьера, м; L — длина добычного фронта участка работы одного драглайна; Q1< — проектная производительность карьера по углю, т; Q — расчетная производительность по углю участка работы одного драглайна, Q^ — скорректированная производительность по углю участка работы одного драглайна, т; т; l — скорость подвигания забоя драглайнов за Т суток непрерывной работы до ППР, м; Тх — продолжительность отработки заходки драглайном, сут; /1 — продолжительность ППР, сут; ky — удлинение фронта работы на вскрыше; Т — продолжительность цикла по отработке заходки от начала вскрышных до завершения добычных работ по схемам I и II; % , 1Ц — регламентируемое правилами технической эксплуатации безопасное расстояние соответственно между драглайнами, добычным комплексом и отвальным экскаватором с учетом производства буровых работ по углю, м; Тд — продолжительность отработки добычной заходки на одном из участков, сут; Тм1, Тм2 — продолжительность цикла по отработке основного уступа соответственно по схемам III и IV, сут; Тпз — продолжительность отработки последней в году неполной добычной заходки на первом условном участке длиной Lg, сут; Т — продолжительность отработки неполной добычной заходки на втором условном участке длиной Lg, сут; Т — продолжительность отработки последней в году неполной добычной заходки на втором условном участке, сут; 1дс — суточное скорость подвигания забоя добычного комплекса, м; /0 — продолжительность отработки добычной заходки на встречном рабочем ходу вскрышного комплекса направлении с момента начала проходки вскрышной заходки, сут; /по — продолжительность отработки добычной заходки участка в направлении рабочего хода вскрышного комплекса, сут; Тз.в — длительность отработки последней в году неполной вскрышной заходки на участке, сут; Тр — продолжительность простоя драглайнов после окончания отработки заходки и перегона, сут; Тб — время, разделяющее в пространстве вскрышной и отвальный драглайны, сут; Б — время отработки торца драглайном, сут; Б2 — отставание во времени, предшествующее началу добычных работ после прохода драглайнами контура залежи, сут; 1\, 1б2 — регламентируемое правилами технической эксплуатации безопасное расстояние между вскрышным драглайном и буровыми станками на бурении скважин по нижнему вскрышному подуступу, а также между последними и отвальным драглайном, м; 1бд — расстояние, на котором добычной комплекс, эксплуатируемый на встречном рабочем ходу драглайнов направлении, должен закончить проходку заходки до подхода последних за время (сут) Wfs, м.
Пространственная модель оптимизации параметров экскаваторно-от-вального технологического комплекса разработки неоднородных разнопроч-ных пород имеет вид:
H ^ max при n ^ Под, 0,85 < под < 1, ^у.ср > Qy; (1)
если Ly := Ly + Му, то Qy = f (Ly) при Ly < L, Qy < QK; (2)
H := H +ДН при По ч Под, H := H -AH при n ^ 1, H := H при n = Под; (3)
Qycp = f (80) при Qy,p ^ Qy, 8о = 0,5(3-no); (4)
L k
Тх = Т2(Т + D + Lyky-7тТ2) при T2 = ; (5)
T
тц = т2 (Ti + 0 + 717т1 (IB + ig + Lyky-7тТ2) ; Тд = Тц-Т7 [Ly(ky-1) + Г6 + б]; TMi = Тц + Тх7п Щ + 27д)-Тх(0,5L„-7д6)(0,5L„)-1;
если Lm = 0,5LK ±ALM , Ly +ALy < L , то Tм2 = Тц-Тд + Т^б + Гб) ; (6)
365
Tm = 365-ТЦТ3-Tiir1[Ly (ky-1) + IB + 1д ] при Т3 = int— ; Тн = Тх -Т^Щ ;
Т Ц
Тп = 365-ТН-ТцТ4-Ti7n![Ly (ky-1) + 7B + б ] при Т4 = int36^ ; (7)
Ц
если Тпз ч 0 , то Тпз = 0 ; если Тн < 0 , то Тн = 0 ; если Тп < 0 , то Тп = 0 ; (8)
если Т < Тд, то Т = Тд ; если Т < Тд, то Т = Тд; если Т < Тд, то Т = Тд; (9)
пз д ' пз д ' н д ' н д ' п д ' п д"»'
365
0 = Ly7dc -2Тб + Тх-Б1-Б2; L = -Тб-БГБ2 при Т_ = 365-ТЦ int—; (10)
Ц
ТЦ = Тх +1 + Ly (37дс)-1-3-1 + Т6 + 2 х 3-1 Б + Б2-Тх) + 3-1 ^б; Т6 = Т£ (4 + 762) ; Б = ТЛ 7П (ky-1) ; Б2 = 7^12; W = 7Т1П;
если ta < тпзв , то ta = тпзв ; если tm < тпзв , то L = 0 ; (11)
Qyц = f[(ТПз + Тн + Тп)Тд1 + Т + Т4]; (12)
Q; = f [L- + 7дс (to + (п0)], Q/ц := Qyц; (13)
если Qw ч Qycp , то H := H-AH; если Qyц > Qycp , то H := H; (14)
если л = intL-, то L = Lk- nLy, Q = QK-nQy, Q := Qy, Н := Н ^ (3),(4) ; (15)
Ly
тд = Г2(Г1 + 0 + Тх!лт (Ьу-1тТг); ТЦ = 272(71 + 1) + 7Ц-,1 (1бд + 2 Ьку-21тТ2); (16)
1 = 365-ТЦТз/-Т11а1[ ^ (ку-1) + 1б ] при Т3 = 1П1365
О, = /[т: (7Д)-1 + Т/], ОЦ := дуц, ^ (14). (17)
Предельная высота нижнего подуступа при совместной взрывном разрушении на сброс разнопрочных пород определяется по формуле:
f f f f f f Н-Н2={--2 +1(2)2+(-3 )3]2 }3 -[(-2)2+(3 )3]2 }3 -Р1(3ямс1д2у)-1, (18)
где дск , дм — удельный расход ВВ соответственно для скальных и плотных пород, кг/м3; Н-Н2 — высота нижнего подуступа, равная Н-Н2 = Нск+Н1, м; Н2 — высота верхнего подуступа, м; Нск — суммарная мощность скальных и полускальных пропластков, м; Н1 — покрывающая их толща плотных пород, м; Рск — вместимость 1 м скважины, кг;
/1=-^г1(3д2мС1д4у)-1+^2(дмС1д2у)-1;
f2=2I^l{27qгмС\56i)Л-FlF2{3q2мС\5Ai)Л+Fз(^qмС\52i)Л;
^1={Нск(дск — Ям) ^ду+2 дм 1 Св+НкИдаск-^ду)]} ^ду;
р2=2Нск(Яск-Ям)1Св+Нск(С1даск-С1ду)]С1ду+ Ям[СБ+НскНдаск- С1ду)]2-2Рск;
Fз=Нск(g,ск-9M)[CБ+-Нк(ctgаск-ctgy)]2.
г г г з £
Если -4- +-27 <0 то Н2=2р13 ^ф/3^(3дм^д2у)-1, (19)
/ -
где Р1=(^^)2 ; ф=arccos(-/i/2pl), град.
Объем сбрасываемой в выработанное пространство горной массы из расчета на 1 пог. м заходки с учетом толщи разнопрочных пород нижнего подуступа составляет:
УсбнВ=А(Н-Н2)[ Нск(крск-1)+Н1(крм-1)+ (Н-Н2)псн]( крскНск+ Н1крм)-1, (20)
где УсбнВ — объем сброса породы, м3/м; крм, крск — коэффициент разрыхления соответственно плотных и скальных пород; А — ширина заходки, принимается в зависимости от числа рядов скважин, участвующих в сбросе (для условий угольных месторождений А=32-42 м); псн — коэффициент снижения высоты нижнего подуступа после взрыва.
Определение проектных параметров экскаваторно-отвального комплекса завершается при достижении предельно возможной по организационным условиям высоты основного вскрышного уступа. Разработанная модель бестранспортной технологии разработки разнопрочных пород позволяет оптимизировать проектные параметры схем экскаваций экскаваторно-отвального комплекса при эффективной организации вскрышных и добычных работ. Таким образом, соответствие результатов расчетов оптимальному состоянию горных работ достигается использованием в математическом описании технологических процессов пространственного метода.
1. Ракишев Б.Р., Молдабаев С.К., Ирге-баев Г.Е., Шулаева H.A. Повышение эффективности внедрения бестранспортных схем экскавации неоднородных разнопроч-ных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. Научный симпозиум «Неделя горняка — 2007». — М.: МГГУ, 2007. — № 5 — С. 139-145.
2 Молдабаев С. К. Эффективная схема экскавации экскаваторно-отвальным технологическим комплексом с кратной перевалкой вскрыши на смежных участках //Тр. Межд. научн. конф. «Наука и образование — ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030». — Караганда: КарГТУ, 2009. — Выпуск 2. — С. 76-78.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Звягинцев Ю.И., Кортелев О. Б. Методика обоснования схем организации работ при использовании систем разработки с перевалкой вскрыши //Оптимизация параметров карьеров. — Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1978. — С. 70-84.
4. Федорко В. П. Влияние ширины заходки и длины фронта работ на производительность участка при бестранспортной системе разработки //Изв. вузов. Горный журнал, 1995. — № 3—4. — С. 19—22.
5 Ракишев Б.Р., Молдабаев С.К. Взаимосвязь технологических процессов и параметров бестранспортных схем отработки твердых вскрышных пород //Комплексное использование минерального сырья. — Ал-маты, 1998. — № 4. — С. 23-27.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Ракишев Б.Р. — доктор технических наук, профессор, академик HAH РК, Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, b.rakishev@mail.ru, Молдабаев С.К. — доктор технических наук, профессор, Екибастузский инженерно-технический институт им. акад. К.И. Сатпаева, технический консультант ТОО «Майкубен-Вест», moldabaev_s_k@mail.ru
А
