CC BY
28
© С.В. Панишев, Н.Ф. Осипова, 2008
С.В. Панишев, Н. Ф. Осипова
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
^разнообразие горно-геологических и горнотехнических ус--ЛГ ловий пластовых месторождений предопределяет широкий спектр направлений в области совершенствования и создания новых технологий разработки, повышающих эффективность эксплуатации месторождений.
Анализ литературных источников позволил выявить основные перспективные направления в области технологий открытой разработки пластовых месторождений.
Такими направлениями являются увеличение отрабатываемой мощности одного вскрышного массива, внедрение и испытание новых типов экскаваторов.
Так, оснащение драглайнов устройствами для прицельной погрузки в транспортные средства позволяет существенно расширить их технологические возможности в улучшении параметров горных работ. Прежде всего, это относится к драглайнам класса 600-900 т по рабочей массе типа ЭШ 11.70 и его модификации ЭШ 14.50 производства АО НКМЗ, а также драглайну ЭШ 11.75 производства ОАО "Уралмаш". Параметры выемочно-погрузочного драглайна типа ЭШ-11.70 II с прицельной погрузкой открывают широкие возможности для его применения в разнообразных условиях эксплуатации. Дополнительное повышение высоты уступов достигается путем отработки их с разделением на подступы. При этом в транспортных схемах целесообразно максимально использовать эффект нижнего черпания. В комбинированных технологических схемах с перевалкой вскрыши в выработанное пространство и погрузкой полезного ископаемого в транспортные средства высота нижнего подуступа может составлять 0,4-0,5 максимальной глубины черпания драглайна и дальнейшее увеличение мощности вскрыши следует производить за счет использования верхнего черпания [1].
274
В последние годы в ИПКОН РАН и ИГД им. А.А. Скочинского были выполнены научно-исследовательские работы, в результате которых был предложен и разработан принципиально новый экска-ватор-кранлайн с нижним черпанием и погрузкой горной массы ковшом с гибкой связью в транспорт на уровне своего стояния. При использовании этого экскаватора высота уступа может быть увеличена до 30-40 м. Отличительной особенностью предложенного экскаватора от традиционных является то, что он имеет преимущества драглайна осуществлять выемку уступов нижним черпанием и преимущества мехлопаты - осуществлять погрузку горной массы в транспортные средства. Возможность снижения текущего коэффициента вскрыши с сохранением объемов добычи является важной составляющей технико-экономического и социально организационного эффекта новой технологии с применением кран-лайнов [2, 3, 4].
Кранлайн отличается от традиционного драглайна наличием третьей дополнительной лебедки заброса ковша, оснащенной канатом, проходящим через головные блоки стрелы, а также дополнительными блоками, установленными в средней части стрелы и проходящими через них канатами подъемной лебедки. Таким образом, удалось совместить преимущества традиционного драглайна - возможность отработки высоких уступов с достоинствами традиционных мехлопат, обеспечивающих точную и безударную погрузку транспортных средств в непосредственной близости от кабины машиниста. Области рационального применения кранлайнов не ограничиваются их внедрением на действующих предприятиях. При проектировании новых объектов открытых горных работ ориентация на использование кранлайнов позволит получить более благоприятные расчетные технико-экономические показатели в сравнении с вариантами применения традиционного оборудования.
Традиционные технологии открытой угледобычи при эксплуатации сложноструктурных месторождений, представленных крепкими вмещающими породами характеризуются как экологически не вполне приемлемые, высокозатратные и не обеспечивающие полноту и качество выемки угля. Альтернативой традиционным технико-технологическим решениям по отработке сложно-структурных угольных месторождений являются технологии открытой угледобычи с использованием мощной ресурсосберегающей экскавационной техники нового поколения типа ЭГ-М, где
275
подготовка горных массивов к экскавации осуществляется комбинированным способом, предусматривающим опережающее физико-химическое разупрочнение массивов и последующее их взрывное рыхление с использованием ограниченного количества взрывчатых веществ. Для опережающего физико-химического разупрочнения массивов применяют слабоконцентрированные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ), содержащие различные добавки. Разупрочняющими растворами отрабатывается не весь массив, а только те удаленные зоны, которые в наименьшей степени подвергаются взрывному дроблению [5].
Заслуживает внимания высокоэкологичная технология при отработке тонких угольных пластов основанная на применении угледобывающего комплекса The Thin Seam Miner, разработанного в Нидерландах [6]. Комплекс обеспечивает полную отработку приповерхностных угольных пластов мощностью от 0,9 до 4,5 м без полной вскрыши пласта (в борте разреза, из траншей и т. п.). При этом глубина проникновения в пласт составляет 180 м, что позволяет максимально минимизировать площадь земель, изымаемых из сельскохозяйственного использования и непригодных для рекультивации. Применение такой технологии позволит добиться максимального экологического эффекта при разработке сложнострук-турных угольных месторождений, включающих тонкие пласты и прослои. Это, в сочетании с другими особенностями технологии, обеспечивает высокую степень извлечения угля из пласта (до 85 %), получение угля без примесей породы и высокую производительность (23 т в мин), что делает возможным вовлечение в отработку тонких пластов.
Современное представление о циклично-поточной технологии для разработки пластовых месторождений включает конструктивную проработку возможных технологических схем по видам оборудования, и элементам технологических схем для безвзрывной технологии на начальном (цикличном) выемочно-доставочном звене и их объединение по группам месторождений - диапазонам угла падения пластов и элементам карьера - промежуточным и конечным контурам. В конечном итоге, результатом является новый, более благоприятный набор (сочетание) технологических схем безвзрывной технологии на базе традиционных видов оборудования (бульдозеры-рыхлители, экскаваторы мехлопаты с ковшами, оснащенными зубьями-молотами) и новых или ожидаемых видов, кото-
276
рые способны реально изменить (повысить) удельный вес и значимость этих схем на карьерах. Так анализ показывает, что уже на данное время на пологопадающих и пологонаклонных месторождениях со сближенными свитами пластов это повышение может составить до 25-30 %; на этих же месторождениях с равномерно рассредоточенными пластами - до 40-50 %; на наклонных месторождениях составит - до 40-45; на крутонаклонных и крутопадающих - до 50-55 %. А в перспективе при комплексных методах и схемах разупрочнения и отработки массива на карьерах большинства месторождений удельный вес применения безвзрывных технологических схем может повыситься до 70-75 %. [7].
С созданием нового поколения выемочно-погрузочных машин непрерывного действия типа КСМ-2000Р с номинальной производительностью 1 400 м3/ч (в плотном теле) в практике открытой угледобычи впервые реально открываются перспективы освоения экологически чистых, ресурсосберегающих безвзрывных технологий поточного горного производства при эксплуатации месторождений практически любой гипсометрии с вмещающими породами повышенной крепости. Экспериментально установлено, что даже в экстремальной горнотехнической обстановке, когда в отработку вовлечены сложноструктурные массивы и прочность отдельных экскавируемых литотипов достигает 120 МПа, обеспечивается надежная эксплуатация машин типа КСМ-2000Р с забойной производительностью до 800 м3/ч (в плотном теле). Это подтверждается результатом анализа экспериментально установленных энергосиловых параметров рабочего процесса КСМ-2000Р: технологическая надежность безвзрывных послойно-полосовых схем поточного производства на базе экскавационной техники типа КСМ-2000Р может повышаться при применении безвзрывных физико-химических способов разупрочнения массивов весьма крепких горных пород. Эффективность этих способов также успешно апробирована, в том числе в ходе комплексных испытаний КСМ-2000Р на угольном разрезе "Талдинский" в Кузбассе [8].
В ИГД СО РАН создан экскаватор ЭКГ-5В с ковшом активного действия, имеющий увеличенную по сравнению с серийной моделью поворотную платформу. Экскаватор оснащен тремя ударными зубьями с энергией единичного удара до 2,0 кДж. Область применения - породы крепостью до 120 МПа; может обеспечивать валовую и селективную разработку сложноструктурных залежей;
277
выполнять специальные работы и др. В Центральном Кузбассе 60 % пластов имеет крутое падение, из них 40 % имеют мощность от 2 до 5 м. Выемка таких пластов с применением БВР затруднительна. Использование же здесь безвзрывной технологии может снизить зольность отгружаемого из забоя угля в 1,5-2 раза. Реализация предла-гаемой технологии позволит снизить потери угля в мало-мощ-ных пластах в 2-4 раза с разделением угольного грузопотока по качественным признакам и тем самым повысить эффек-тивность открытого способа разработки сложноструктурных месторождений Кузбасса [9].
Весьма интересной является принципиально новая технология размещения горных пород в отработанные пространства карьеров с использованием АКС (аэростатно-канатных транспортных систем); позволяющая существенно ускорить процесс засыпки погашенного карьера и восстановление нарушенных земель [10]. Эта технология производства отвальных работ в погашенные карьеры с применением АКС в 2-3 раза экономически выгоднее, чем существующие технологии, использующие традиционное горно-транспортное оборудование; обеспечивает высокий природовосстановительный и энергосберегающий эффект, значительное снижение материалоемкости, эксплуатационных и капитальных затрат. Технические предложения по новой технологии перемещения вскрышных пород из действующих карьеров в отвалы соседних погашенных карьеров и участков с использованием АКС уже приняты Изыхским угольным разрезом для разработки перспективной программы развития.
Высокие результативные технико-экономические показатели, присущие бестранспортным схемам разработки предопределяют дальнейшее расширение этой технологии на пластовых месторождениях.
Одним из путей ресурсосбережения при бестранспортной технологии является повышение объема взрывного перемещения породы во внутренний отвал без существенного изменения параметров буровзрывных работ. Необходимое качество дробления, удобную для черпания ковшом драглайна форму развала и увеличение фугасного действия взрыва обеспечивает разработанный доктором технических наук Мучник С. В. (ИГД СО РАН) и прошедший испытания в ОАО ''Сибирга'' метод турбовзрывания скважинных зарядов [11].
278
Метод турбовзрывания основан на экспериментально установленном физическом эффекте повышения энергии и импульса взрыва при помещении в заряд ВВ винтообразной металлической пластины, называемой турбулизатором. Для скважин диаметром от 200 до 320 мм он представляет собой небольшую стальную пластину, скрученную на один оборот (3600) вокруг продольной оси.
Первые массовые взрывы показали значительное повышение коэффициента сброса - с 25 до 34,4 % и с 22 до 31,1 %, то есть при турбовзрыве объем перемещения породы возрастает в среднем в 1,4 раза.
Дальнейшее повышение эффективности и безопасности технологии отвалообразования на угольных разрезах может быть достигнуто путем регулирования геомеханических процессов и применения технических решений для повышения устойчивости и емкости внешних и внутренних отвалов. Так на разрезе "Уртуйский" дренирование внутреннего отвала позволило повысить устойчивость и увеличить его емкость в 2 раза [12].
Таким образом, к основным направлениям развития технологии разработки пластовых месторождений можно отнести: применение поточной и циклично-поточной технологий без предварительного дробления пород с использованием машин послойного фрезерования; создание и освоение нового экскавационного оборудования для отработки высоких уступов и технологических схем его эффективного применения; создание и освоение оборудования для добычных работ, повышающего степень селекции и снижающего засорение (потери) угля при разработке сложноструктурных угольных залежей (гидравлических экскаваторов, роторных экскаваторов с высоким усилием копания, машин послойного фрезерования); совершенствование способов и средств буровзрывной подготовки горного массив.
--СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Использование драглайнов с прицельной погрузкой в комбинированных технологических схемах: Докл. Научный симпозиум «Неделя горняка-2003», Москва, 27-31 янв., 2003 / Самородов Ю. П., Шендеров А. И., Баулин А. В., Сушен-кова С. А. / Горн. инф.-анал. бюл. / Моск. гос. горн. ун-т. - 2004. - № 2. - С. 208213.
2. Кранлайны - техника открытых горных работ XXI века. /Трубецкой К.Н. и др./ Уголь -1999 - №11 - С. 46-49.
279
3. Технология отработки вскрыши высокими уступами с применением экска-ваторов-кранлайнов. /Трубецкой К.Н., Сидоренко И.А., Сеинов Н.П., Самородов Ю.П./Горн. Ж. -2000 - №3 - С. 31-34.
4. Задачи технического переоснащения открытых разработок на базе применения оборудования XXI века - кранлайнов: Докл. Научный симпозиум «Неделя горняка-2001», Москва, 29 янв. - 2 февр., 2001/ Трубецкой К. Н., Домбровский А. Н., Сидоренко И. А., Сеинов Н. П. // Горн. инф.-анал. бюл. / Моск. гос. горн. ун-т. - 2001. - № 8. - С. 181-185.
5. Разработка ресурсосберегающей технологии подготовки и экскавации горных пород в зоне глубоких горизонтов угольных разрезов: Докл. Научный симпозиум «Неделя горняка - 2002», Москва, 2002 / Болвинов А. А., Штейнцайг Р. М. // Горн. инф.-анал. бюл. / Моск. гос. горн. ун-т. - 2003. - № 11. - С. 120-122.
6. Применение высокоэкологичной технологии при отработке тонких угольных пластов / Галин А. Ф., Борчуков А. Н. / Проблемы геологии и освоения недр: Материалы докладов 2 Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых им. акад. М. А. Усова, Томск, 7-10 апр., 1998. Ч. 2. -Томск, 1998. - С. 109-110.
7. Перспективные циклично поточные технологические схемы для создаваемых гибких технологий отработки угольных карьеров: Докл. Научный симпозиум «Неделя горняка-2003», Москва, 27-31 янв., 2003/ Меньшонок П. П., Ташкинов А. С. / Горн. инф.-анал. бюл. / Моск. гос. горн. ун-т. - 2004. - № 2. - С. 228-231.
8. Об эффективности безвзрывных послойно-полосовых технологий отработки массивов крепких горных пород / Штейнцайг Р. М., Мельников А. С., Этин-гоф Е. А. / Откр. горн. работы. - 2000. - № 4. - С. 34-39.
9. Селективно-слоевая технология отработки угленасыщенных зон карьеров Кузбасса / Баженов В. Е., Корякин А. И. // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. - 2001. -№ 1. - С. 61-63, 148.
10. Технология размещения вскрышных пород в погашенные карьеры с использованием аэростатно-канатных транспортных систем. канд. техн. наук / Капустина С. В. - Краснояр. гос. акад. цв. мет. и золота, Красноярск, 2000. - 23 с.
11. Мучник С.В. Повышение эффективности бестранспортной разработки вскрышных пород при турбовзрывании //Уголь - 2001. - №12. - С. 21-24.
12. Научно-техническое обоснование повышения эффективности технологии отвалообразования на угольных разрезах (на примере разработки Уртуйского бу-роугольного месторождения). канд. техн. наук / Галинов В. Ю. - Читин. гос. техн. ун-т, Чита, 2002. - 24 с. ГТТШ
— Коротко об авторах -
Панишев С.В.- к.т.н., старший научный сотрудник, Осипова Н.Ф. - инженер, ИГДС СО РАН им. Н.В. Черского.
--© Д.Н. Петров, Г.П. Необутов,
А.Ф. Мамонов, 2008
280
