CC BY
189
УДК 622.349.18 Г.Г. Михайленко
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ РОССЫПЕЙ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКОЙ ПОРОД К ВЫЕМКЕ
разработка многолетнемерзлых россыпных месторождений
-МГ существенно отличается от разработки талых россыпей и является, по существу, самостоятельной отраслью горного дела. Особенности эксплуатации многолетнемерзлых россыпей центрально-колымских районов следующие:
- россыпи в основном приурочены к геологическим зонам со сплошным распространением многолетней мерзлоты, что определяет необходимость предварительной подготовки пород к выемке;
- около 80% россыпных месторождений составляют малые и очень малые месторождения с большой территориальной разбросанностью в малообжитых болотистых районах, что обуславливает применение мобильных высокопроходимых землеройных машин для их эффективной разработки;
- для всей территории Северо-Востока характерно полное промерзание в зимний период водотоков, исключающее производство процесса обогащения россыпей, то есть для законченного цикла работ с получением полезного ископаемого необходима высокая интенсивность разработки месторождений в короткий период года с положительной температурой, что требует использования высокопроизводительного оборудования и оптимальных технологических схем;
- исключительно неблагоприятные условия эксплуатации техники в зимний период, ввиду крайне низких температур, приводят к значительному увеличению себестоимости разработки 1 м3 горной массы, и определяют сезонный характер проведения горных работ в
благоприятный период с применением универсального оборудования с малой капиталоемкостью;
Главные особенности эксплуатации россыпей Северо-Востока и многолетний опыт разработки определили выбор в качестве основного землеройного оборудования бульдозер и бульдозерный способ разработки многолетнемерзлых россыпей.
Технические возможности бульдозера-рыхлителя, как типа землеройно-транспортной машины, соответствуют технологии разработки россыпей и определяют его как универсальную машину, значение которой в горном производстве при разработке россыпных месторождений трудно переоценить. Таков вывод более чем полувековой практики эксплуатации бульдозеров на горнодобывающих предприятиях центральной Колымы.
Бульдозеры-рыхлители используют на послойной вскрыше торфов; на разработке песков в теплый период года; на зимней вскрыше мерзлых торфов, подготовленных буровзрывным способом; на рыхлении мерзлых пород зимой и летом; на горноподготовительных работах; на строительстве горно-технических сооружений и на ряде других горных работ при разработке и обогащении россыпей.
Вместе с тем ухудшение основных горно-геологических характеристик сырьевой базы россыпной золотодобычи СевероВосточного региона России сопровождается увеличением глубины залегания продуктивного пласта до 20 - 25 ми требует роста объемов переработки горной массы с широким применением искусственных способов подготовки многолетнемерзлых пород к выемке при открытых горных работах.
Для компенсации отрицательного влияния горно-геологических факторов внедряются технологические решения, связанные с применением транспортной системы разработки на базе мощных карьерных экскаваторов, фронтальных погрузчиков, бульдозеров, большегрузных автосамосвалов и другого оборудования.
Однако освоение глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпных месторождений путем наращивания единичной мощности землеройно-транспортного оборудования цикличного действия приводит, как показывает опыт, к увеличению фондоемкости производства и ухудшению его основных техникоэкономических показателей.
Для освоения глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпных месторождений предлагается циклично-поточная технология (ЦПТ) горных работ с предварительной подготовкой пород к выемке механическим рыхлением, выемкой породы наклонными слоями одним уступом на всю мощность вскрыши, с поперечным перемещением породы во внутренний отвал и с применением комплекса оборудования без звена предварительного дробления породы перед загрузкой на консольный отвалообразователь [1].
Состав комплексной механизации ЦПТ для разработки многолетнемерзлых пород представлен следующими звеньями и механизмами:
Звено подготовки пород к выемке осуществляет подготовку пород в наклонном забое механическим рыхлением с применением бульдозерно-рыхлительного агрегата. Параметры рыхления должны обеспечивать получение кусков породы заданных размеров, оптимальных для выемочного и транспортного оборудования.
Выемочное звено производит выемку породы бульдозером в наклонном забое с перемещением породы под уклон на короткое расстояние во временный технологический отвал.
Перегрузочное звено перегружает породу из временного технологического отвала погрузочной машиной непрерывного действия (типа ПНБ) на самоходный консольный ленточный отвалообразователь.
Звено отвалообразования непрерывно осуществляет формирование отвалов с применением самоходного консольного ленточного отвалообразователя.
Важнейшими специфическими особенностями открытой разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений является многообразие природных факторов и дискретный характер производства: постоянно изменяющиеся в пространстве и во времени горно-технические условия производства; различные по предприятиям технический уровень и технологическая структура горных работ; разнотипная и неоднородная структура парка горных машин; применение одной и той же машины на различных переделах и видах горных работ и т. д. В таких условиях наиболее универсальным, эффективным и удобным методом определения себестоимости для более точного научно обоснованного
планирования является метод исчисления производственных затрат на 1 машино-час работы оборудования [2].
Технико-экономическая оценка эффективной области применения предлагаемой технологической схемы цикличнопоточной технологии разработки глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпных месторождений проведена по методике определения удельных производственных затрат, исчисляемых на 1 машино-час работы комплекса оборудования в каждом производственном процессе, на который непосредственно оказывает влияние внедрение научно-технического мероприятия.
Критерием оценки экономически целесообразной области применения комплекса оборудования ЦПТ является минимальная себестоимость разработки 1 м3 пород - от подготовки к выемке до отвалообразования.
Поскольку транспортная система с использованием мобильного оборудования в настоящее время нашла наибольшее распространение при разработке
многолетнемерзлых россыпей с глубинами залегания более шести метров, данная система принята в качестве базовой для технико-экономической оценки применения предлагаемой технологической схемы ЦПТ при освоении глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпей.
Сравнительные технико-экономические показатели использования предлагаемой циклично-поточной технологии и традиционной транспортной системы разработки
многолетнемерзлых россыпей с применением мобильного
выемочно-транс-портного комплекса (бульдозер - фронтальный погрузчик - автосамосвалы) представлены в таблице.
Расчет основных технико-экономических показателей эффективности сравниваемых вариантов разработки
глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпей произведен исходя из условий, что мощность торфов месторождения равна 20,0 м, ширина россыпи составляет не менее 50 м, а ширина панели для циклично-поточной технологии равна 24 м.
Из сравнительного расчета следует, что себестоимость разработки 1 м3 торфов с применением предлагаемой технологической схемы ЦПТ в 2 ,34 раза ниже, чем себестоимость разработки 1 м3 торфов с применением базового варианта с применением мобильного выемочно-транспортного комплекса, а
удельная энергоемкость разработки породы по установленной мощности двигателей ниже в 2,82 раза.
Многолетняя практика и исследования показывают, что наиболее эффективными и универсальными машинами при разработке центрально-колымских многолетнемерзлых россыпных месторождений с мощностью торфов до 6-8 м являются бульдозеры. Поэтому для определения верхней границы экономически целесообразной области применения цикличнопоточной технологии в качестве базовой для сравнения принят бульдозерный способ разработки месторождений.
Верхней границей экономически целесообразной области применения предлагаемой ЦПТ является предельная мощность торфов, при которой себестоимость разработки 1 м3 породы комплексом ЦПТ (СК П ) не будет превышать себестоимости
разработки 1 м3 породы бульдозером. То есть должны соблюдаться условия:
1. При разработке бульдозером талых пород
СК ^ СБ
Р.П. ^ ^Р.Т.П. ’
где СРБТ п - себестоимость разработки 1 м3 талых пород на
вскрыше торфов бульдозером по естественной оттайке.
2. При разработке бульдозером мерзлых пород
СК ^ СБ
Р.П. ^ ^Р.М.П. ’
где СРМ п - себестоимость разработки 1 м3 мерзлых пород на
вскрыше торфов бульдозером с учетом затрат на подготовку пород к выемке механическим рыхлением.
Себестоимость разработки 1 м3 породы комплексом ЦПТ:
СЗ.Р. сЗВП. сЗП . сЗО.
СКП = СМЧ + СМ+ СМЧ + СМЧ; руб / м3 ,
Р,П, Qз.Р. Q3.B.П. Qзп Q3.IT.
Г^З .Р. Г' З.В.П Г' З.П г, З .О.
где СМ Ч, СМ Ч , СМ Ч, СМ Ч - соответственно стоимость машино-
часа работы звена подготовки пород к выемке, звена выемки и перемещения, перегрузочного звена, звена отвалообразования, руб/маш-час; Q3 Р , Q3В П , Q3 П - соответственно
производительность звеньев подготовки пород к выемке, выемки и перемещения пород, перегрузочного звена, м3/час;
Себестоимость разработки 1 м3 талых пород на вскрыше торфов бульдозером по естественной оттайке:
СМ
2б
сБтп, =^FL ; руб / м3
охх
Таблица 1
Сравнительные технико-экономические показатели использования предлагаемой циклично-поточной технологии и транспортной системы при разработке многолетнемерзлых глубокозалегающих россыпей
Показатели Традиционная транспортная система Предлагаемая циклично-поточная технология Факторы эффективности
1 2 3 4
1. Звено подготовки пород к выемке 1.1 Оборудование 1.2. Установленная мощность двигателя, кВт 1.3. Производительность, м3/час 1.4. Стоимость машино-часа,руб/маш-час 1.5. Себестоимость 1 м3 породы, руб/ м3 1.6. Удельная энергоемкость процесса по установленной мощности, кВт/м3 Механическое рыхление Бульдозер Д-375 391,0 220 2569,8 11,68 1,78 Механическое рыхление Бульдозер Д-375 391,0 260 2569,8 9,88 1,5 Снижение себестоимости рыхления мёрзлой породы достигается за счёт рыхления пород с рабочим ходом под уклон.
2. Звено выемки и перемещения породы в технологический отвал 2.1. Оборудование 2.2. Установленная мощность двигателя, кВт 2.3. Производительность, м3/час 2.4. Стоимость машино-часа, руб./маш-час 2.5. Себестоимость 1 м3 породы, руб./м3 2.6. Удельная энергоемкость процесса по установленной мощности, кВт/м3 Бульдозер Д-375 391,0 280 (при Lср= 40м и dК=0,18 м ) 2569,8 9,18 1,4 Бульдозер Д-375 391,0 320 (при Lср= 22м и dК=0,18 м) 2569,8 7,14 1,09 Снижение себестоимости выемки и перемещения породы в технологический отвал достигается за счёт выемки и перемещения породы с рабочим ходом под уклон.
3. Перегрузочное звено 3.1 Оборудование Фронтальный погрузчик Погрузочная Снижение себестоимости
3.2. Установленная мощность двигателя, кВт 3.3. Производительность, м3/час 3.4. Стоимость машино-часа, руб. /маш-час 3.5. Себестоимость 1 м3 породы, руб /м3 3.6. Удельная энергоемкость процесса по установленной мощности, кВт/м3 Cat -990 455 218 3913,38 17,95 2,09 машина ПНБ-4 168 289 1183,14 4,09 0,58 достигается за счёт применения машины непрерывного действия ПНБ-4 с более низкой стоимостью машино-часа работы и с более высокой производительность ю.
4. Звено транспортирования породы в отвал Снижение
4.1 Оборудование БелАЗ-7548 (4 шт) Консольный себестоимости за
отвалообразователь счёт поточной
4.2. Установленная мощность двигателя, кВт 368 х 4 = 1472 153 технологии
4.3. Производительность, м3/час 218 289 перемещения и
4.4. Стоимость машино-часа, руб/маш-час 1164,87x4 =4659,48 1748,15 укладки породы в
4.5. Себестоимость 1 м3 породы, руб. /м3 21.37 6,05 отвал с
4.6. Удельная энергоемкость процесса по применением
установленной мощности, кВт/м3 6,75 0,53 консольного
отвалообразователя.
5. Звено отвалообразования
5.1 Оборудование Бульдозер Т-170
5.2. Установленная мощность двигателя, кВт 125
5.3. Производительность, м3/час 218
5.4. Стоимость машино-часа, руб /маш-час 703,25
5.5. Себестоимость 1 м3 породы, руб. /м3 3,23
5.6. Удельная энергоемкость процесса по
установленной мощности, кВт/м3 0,57
Итого удельная энергоемкость вскрыши 1
м3торфов, кВт/м3 12,59 3,7
111
Итого себестоимость вскрыши 1 м3 торфов, руб
/м3 63,41 27,16
где С ММ Ч - стоимость машино-часа работы бульдозера, руб/маш-час; QБТ - производительность
бульдозера при разработке талых пород, м3/час.
Себестоимость разработки 1 м3 мерзлых пород на вскрыше торфов бульдозером:
сБ
СБ
- +
ар а
СБ
МЧ ; руб/ м3
где QР - производительность бульдозера при рыхлении мерзлых пород, м3/час; 0Б Р —
производительность бульдозера при разработке мерзлых пород, м3/час.
При разработке россыпных месторождений бульдозерным способом производительность бульдозеров находиться в обратной, а себестоимость разработки - в прямой зависимости от среднего расстояния транспортирования породы. Поэтому основной задачей, которая возникает при определении области эффективного использования бульдозерного способа разработки, является определение для конкретных условий среднего расстояния транспортирования породы в отвал за контур полигона для отдельного слоя в зависимости от глубины его залегания, при котором себестоимость применения бульдозерного способа разработки становится выше себестоимости применения на вскрыше торфов циклично-поточной технологии.
На рис. 1 изображена схема поперечного сечения полигона для определения среднего расстояния транспортирования слоя породы во внешний отвал за контур полигона (методика института «Дальстройпроект», г. Магадан).
Мощность слоя породы (^) принимается равной 0,5 м. За глубину ф) залегания выемочного слоя принимается мощность торфов, расположенных над ним, то есть уже вскрытых.
Среднее расстояние транспортирование слоя породы (Л) определяется по формуле:
к • дс. К • АС Г слпл од , 1 1
1 1 + 11 + + 11 +1 t
Ур Ух V • k _уР Л1 V • k п У Х 2 _ ^ “
1 1
-----1-----
V V
г Р г Х
,м
где К - коэффициент (0,54 ^ 0,6), определяющий долю отрезка А1С1 , входящую в среднее расстояние транспортирования и учитывающий путь, необходимый для набора горной массы;
Ы Ж
5 *
5
Рис. 2. Номограмма для определения области эффективного применения ЦПТ: 1 - Себестоимость вскрыши торфов с применением комплекса ЦПТ; 2 - Себестоимость вскрыши торфов с применением транспортной системы; 3 -Себестоимость вскрыши талых торфов бульдозером D-375 А-2; 31 - Себестоимость вскрыши механически разрыхленных торфов бульдозером D-375 А-2; 4 - Себестоимость вскрыши талых торфов бульдозером D-355 А; 41 - Себестоимость вскрыши механически разрыхленных торфов бульдозером D-355 А; 5 - Производительность бульдозера D-375 А-2 при вскрыше талых торфов; 51 - Производительность бульдозера D-375 А-2 при вскрыше механически разрыхленных торфов; 6 - Производительность бульдозера D-355 А при вскрыше талых торфов; 61 - Производительность бульдозера D-355 А при вскрыше механически разрыхленных торфов; 100/110 - в числителе ширина россыпи при мощности торфов НТ =25 м, в знаменателе ширина россыпи при мощности торфов НТ =20 м.
УР, V - соответственно средняя скорость рабочего и холостого хода бульдозера на расстояние транспортирования породы, м/час; к1, к2 - коэффициенты, учитывающие изменение скорости движения бульдозера на наклонном участке пути; кС - коэффициент, учитывающий изменение объема одновременно перемещаемого вала в зависимости от угла отвалообразования; ^ -норматив времени на переключение скоростей, час.
Для определения области эффективного применения агаемой циклично-поточной
технологии разработана номограмма (рис. 2).
Например, при разработке многолетнемерзлых россыпей с мощностью торфов 20 м применение бульдозерного способа разработки месторождения с предварительной подготовкой пород к выемке механическим рыхлением, как видно из номограммы, целесообразно для вскрытия слоя торфов мощностью 0,5 м при ширине россыпи 60 м и 1,3 м при ширине россыпи 50 м. При ширине россыпи Вр > 70 м применение бульдозерного способа целесообразно только для снятия почвенно-растительного слоя и складирования его за контур полигона. Область эффективного применения предлагаемой циклично-поточной технологии в этом случае находится, как показано на номограмме, правее линии А А1.
При разработке многолетнемерзлых россыпей с мощностью торфов 20 м область эффективного применения бульдозерного способа вскрыши торфов по естественной оттайке находиться, как показано на номограмме, левее линии ВВ1. Соответственно область эффективного применения предлагаемой циклично-поточной технологии находится правее линии ВВ1.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мамаев Ю.А. Критерии применения и особенности расчета циклично-поточной технологии для освоения глубокозалегающих многолетнемерзлых россыпей / Ю.А. Мамаев, В.С. Литвинцев, Г.Г. Михайленко // Изв. вузов. Горный журнал. - 2008. - № 8. - С. 14-19.
2. Методика определения экономической эффективности новой техники в золотодобывающей промышленности: отчет о НИР / ВНИИ-1; руководитель Ц.А. Шахбазян; шифр темы 1-77-443; инв. № СП - 119. - Магадан, 1977. - 42 с.
— Коротко об авторе -------------------------------------------
Михайленко Г.Г. - кандидат технических наук, Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан. severgrigm@rambler.ru.
