CC BY
37
© П.П. Меньшонок, А. С. Ташкинов, 2004
УДК 622. 271. 1. 3
П.П. Меньшонок, А. С. Ташкинов
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ЦИКЛИЧНО ПОТОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ДЛЯ СОЗДАВАЕМЫХ ГИБКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ КАРЬЕРОВ
Семинар № 13
# Й ри открытых горных работах одним из
-*-*■ перспективных направлений технического прогресса признается использование на карьерах циклично-поточной и поточной технологий. Такой подход призван повысить производительность и снизить себестоимость транспортирования объемов горной массы, он требует изменения характера процессов и структуры средств механизации. Практические задачи использования (внедрения) будут сопровождаться прогрессом в горном машиностроении.
В связи с отмеченным, возникает вопрос (правомерна постановка): а нужны ли научные задачи и решения, направленные на поиск новых способов отработки месторождений (карьерных полей) - схем очередности, вариантов систем разработки, обеспечивающих расширение масштабов (увеличение объемов применения) внутреннего отвалообразования при сокращении расстояний транспортирования вскрыши, площадей земель, изымаемых под внешние отвалы и при восстановлении ландшафтов региона; одновременно - при совершенствовании существующих и создании новых технологических схем? Одним из таких способов отработки месторождений является создаваемая гибкая технология для угольных карьеров, являющаяся новым классом схем очередности и систем разработки [1, 2].
В кратком изложении сущность гибкой технологии состоит в следующем (рис. 1).
Первоначально осуществляется строительство и отработка карьера при обычном направлении подвигания фронта горных работ -вкрест простирания пластов (по продольной системе разработки). Далее, по достижении определенной границы по глубине и значения текущего коэффициента вскрыши наступает переходный период (на рисунке заштрихованная область), в котором осуществляется интенсификация подвигания фронта работ на части карьерного на полную глубину разработки (часть А) с параллельной подготовкой рабочей зоны диагонально-поперечных (пологопадающие месторождения) или поперечных уступов (наклонные и крутопадающие месторождения) с последующим подвиганием фронта по простиранию пластов. Одновременно с этим на оставшейся продольной части карьерного поля (часть В) горные работы переходят в стадию погашения с формированием промежуточного контура (временно нерабочего борта) по одной из схем с использованием продольных или поперечных заходок. По мере формирования рабочей зоны диагонально-поперечной или поперечной систем разработки с достижением конечной глубины карьера и окончательной отработки частей А и В карьерного поля, горные работы на первой очереди завершаются и начинается вторая очередь разработки. При этом оставшаяся часть карьерного поля (часть С) отрабатывается по одному из вариантов новой системы разработки с внутренним отвалообра-зованием вскрышных пород: либо по диагонально-поперечной системе разработки - на пологопадающих месторождениях, либо по
Рис. 1. Схема очередности отработки карьерного поля с выделением технологических частей А,В и С
одной из разновидностей поперечной системы разработки с выделением подэтапов по длине карьера и последовательных групп уступов, а также при обособленной или при взаимосвязанной отработке вскрышной и угленасыщенной зон (в зависимости от горнотехнических условий на месторождении) - на наклонных и крутопадающих месторождениях.
При ответе на поставленный выше вопрос о нужности новых способов отработки месторождений важно признать, что варианты (класс) схем очередности и систем разработки с изменением направления подвигания фронта горных работ: продольно-поперечные, продольнодиагональные и двухсторонние (двухфронтовые) комплексно решают задачи улучшения показателей технологических процессов, а также оптимизируют параметры и показатели карьера и систем разработки с усовершенствованными известными и создаваемыми новыми технологическими схемами. В большинстве случаев происходит повышение в 1,5 и более раза основных технико-экономических и экологических показателей [2], резко улучшаются качественные производственно-технические
характеристики угледобывающих карьеров.
Подобная постановка вопроса позволяет при ответе считать задачи и способ - технологические решения - гибкой технологии как важный дополнительный резерв в техническом прогрессе открытого способа разработки при любых технологических процессах и средствах механизации, в том числе, при цикличнопоточных технологических схемах. Данный вывод предопределяется новыми геометрическими и пространственно-технологическими взаимосвязями карьера (промежуточные контура, диагональная, поперечная или смешанная рабочая зона и уступы, а также ярусы внутреннего отвала). При этом открываются реальные возможности для создания более широкого набора технологических схем (процессов и оборудования) при безвзрывных технологиях и для выбора мест перегрузки горной массы и прокладки (расположения) конвейерных линий.
Дополнительными элементами (технологическими операциями и техническими устройствами) при циклично-поточной технологии являются организация перегрузки горной массы в карьере из цикличных средств доставки -автосамосвалов и др. на непрерывные (поточные) средства - конвейера (соединительные и сборочные). После этого процесс доставки по-
роды на отвалы (внешние и внутренние), а угля на приемные склады осуществляется высокопроизводительными конвейерными системами.
Одной из важных научных и практических задач циклично-поточной технологии является повышение стационарности и обеспечение оптимальных параметров размещения перегрузочных пунктов и конвейерных систем. Ответы
- решения по данной задаче как раз и присутствуют в составе гибкой технологии. Так для пологопадающих месторождений - это местоположение перегрузочного пункта, сборочных и соединительных конвейеров на промежуточном контуре на границе между первой и второй очередями и в специальной разрезной траншее
- врубе по свите вблизи конечной глубины (контура) или в пределах технологического промежутка (разрыва) между зонами транспортных и бестранспортных технологических схем. Для наклонных месторождений - местоположение данных средств на промежуточном контуре между 1-й и 2-й очередями и на нерабочем борту по почве нижнего пласта (свиты пластов, рис. 2).
Другой важной задачей циклично-поточной технологии является получение рационального размера куска для видов горной массы. В этой связи особенно привлекательна ориентация на замену взрывной технологии на безвзрывную [3].
В новых геометрических и пространственно-технологических условиях гибких технологий с поперечными и диагональными рабочими зонами при горизонтальных и наклонных уступах на месторождениях, появился реальный дополнительный набор технологических схем высокоэффективной безвзрывной технологии по технологическим зонам карьера. Для благоприятных условий приняты два вида структур механизации в соединении с процессами разрушения частей карьерного массива, перемещения и перегрузки на конвейер: 1) - бульдозер-рыхлитель + ковшовый погрузчик (соответственно, процессы: разрушение, черпание, транспортирование и перегрузка на конвейер); 2) - экскаватор с рабочим органом в виде барабана-фрезы (на стреле или без стрелы) - машины по типу зарубежных фирм «Виртген», «Фестальпине» и др., а также по проектам некоторых отечественных фирм. Причем возможен вариант экскаватора без функции погрузки с задним расположением разрушающего рабочего органа, при разгрузке горной массы в штабель с последующим черпанием, транспорти-
рованием и перегрузкой материала ковшовым погрузчиком.
Оба вида структур механизации рассматриваются в увязке с технологическим типом месторождения - во взаимосвязи с углом падения пластовой залежи а и характером уступов: горизонтальные или наклонные.
Для первого вида структуры механизации на наклонных месторождениях (15-16 град. < а
< (=) 30-35 град.) предложены технологические схемы с горизонтальными уступами и наклонными слоями-стружками (рабочими поверхностями). Для второго вида структуры механизации на пологопадающих месторождениях (3-5 град. < а < (=) 15-16 град.) предложены технологические схемы с наклонными уступами и наклонными слоями-стружками (поверхностями). Преимуществами данных технологических схем является то, что рабочий ход машин осуществляется по напластованию и под уклон, что обеспечивает высокую степень селективности по пластам и междупластиям (и их пропласткам), а также меньшие энергозатраты на разрушение слоя по целику и большую эффективность процесса.
Рис. 2. Варианты циклично-поточной технологии при поперечной системе разработки с выделением выемочных подэтапов: а - обособленная разработка покрывающих вскрышных пород и свиты пластов (пласта); б - совмещенная разработка увеличенными за-ходками - панелями
С изложенных позиций осуществлена конструктивная проработка возможных технологических схем по виду оборудования, и элементам технологических схем для безвзрывной технологии на начальном (цикличном) вы-емочно- доставочном звене и их объединение по группам месторождений - диапазонам угла падения пластов и элементам карьера - промежуточным и конечным контурам.
В частности, с учетом многообразия горно-геологических условий в большинстве регионов Сибири, произведено выделение дополнительных групп месторождений по величине угла падения пластовой залежи. При этом в среднем диапазоне угла (35 град. < а < (=) 55 град.) как наиболее рациональный вид оборудования и элементы технологических схем, нами рассматриваются экскаваторы обратная гидравлическая лопата с ковшом, оснащенным зубъями-молотами и наклонные по напластованию слои-стружки (рабочие поверхности) при селективном черпании и отгрузке в штабель (для схемы с ковшовым погрузчиком) или в автосамосвал. В верхнем диапазоне угла (55 град. < а
< (=) 90 град.) наиболее рациональным видом оборудования и элементами технологических схем являются экскаватор прямая лопата с ковшом, оснащенным зубьями-молотами при порционном селективном черпании и отгрузке материала в штабель или в автосамосвалы.
В конечном итоге, результатом является новый, более благоприятный набор (сочетание) технологических схем безвзрывной технологии на базе традиционных видов оборудования (бульдозеры-рыхлители, экскаваторы мехлопа-ты с ковшами, оснащенными зубьями-молотами) и новых или ожидаемых видов, которые способны реально изменить (повысить) удельный вес и значимость этих схем на карье-
pax. Так анализ показывает, что уже на данное время на пологопадающих и пологонаклонных месторождениях со сближенными свитами пластов повышение составит до 25-30 %; на этих же месторождениях с равномерно рассредоточенными пластами - до 40-50 %; на наклонных месторождениях составит - до 4045%; 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%.
Оснащение предложенными новыми пространственно- технологическими взаимосвязями и конструктивными параметрами (системами разработки и технологическими схемами) структур механизации и конвейерных систем
1. Кузнецов В.И., Менъшонок П.П. Технология разработки месторождений с изменением направления под-вигания фронта горных работ. // Уголь - 1997 - N0 12 -С. 31-36.
2. Менъшонок П.П. К вопросу обеспечения экологически безопасного и устойчивого развития карьеров и регионов. // Материалы V Международной научно-
(процессов) при циклично-поточной технологии обусловлено и оправдано не только технико-экономическими и экологическими факторами (преимуществами). Но на наш взгляд более существенны качественные изменения в характере производства на карьерах.
Если карьеры с традиционными технологиями (системами разработки и процессами) отличаются нестабильностью условий (стохастическими процессами) с большими рисками и не предсказуемостью в экономических результатах и экологических последствиях, то карьеры с гибкими технологиями и управляемыми процессами будут соответствовать требованиям устойчивости и предсказуемости. А в целом это означает со временем все большее приобретение карьерами черт фабрично-заводского производства.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
практической конференции: «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах». - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2002. С. 51-58.
3. Ташкинов А.С., Курехин Е.В. Перспективы применения экскаваторов - мехлопат с ковшом активного действия. / Вестн. КузГТУ. 2000. N0 3. С. 47-49.
— Коротко об авторах -----------------------------------------
Менъшонок П.П. - Институт угля и углехимии СО РАН.
Ташкинов А.С. - Кузбасский государственный технический университет.
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ЛЁВКИН Николай Борисович Разработка научно-организационных методов предотвращения аварий и травматизма на основе установления закономерностей их проявления в угольных шахтах Украины 05.26.01 д.т.н.
