CC BY
46
----------------------------------- © Б.Р. Ракишсв, С.К. Молдабасв,
Г.Е. Иргсбасв, Н.А. Шуласва, 2007
УДК 622.271.4
Б.Р. Ракишев, С.К. Молдабаев, Г.Е. Иргебаев,
Н.А. Шулаева
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ БЕСТРАНСПОРТНЫХ СХЕМ ЭКСКАВАЦИИ НЕОДНОРОДНЫХ РАЗНОПРОЧНЫХ ПОРОД
Ссминар № 16
Внедрение бестранспортных схем экскавации осуществляется на горизонтальных, пологих и слабонаклонных пластовых месторождениях. Возможности для этого появляются после образования выработанного пространства достаточных размеров для размещения внутренних отвалов. В основном это происходит в период наращивания производственной мощности предприятия с применением на горно-капитальных и горно-строительных работах экскаваторно-транспортно-отвальных комплексов оборудования и с размещением объемов этих работ на внешних отвалах.
При применении на выемке вскрыши железнодорожного и наиболее затратного автомобильного транспорта интенсивное наращивание добычи полезного ископаемого сопровождается постепенным отставанием вскрышных работ, увеличением угла наклона рабочего борта карьера и уменьшением ширины рабочих площадок нижних вскрышных уступов. На большинстве месторождений залегающие в кровле пласта полезного ископаемого вскрышные породы неоднородны по составу, имеют полускальные и скальные разнопрочные прослойки. В недалекой перспективе планируется полномасштабное внедрение бес-
транспортной технологии с использованием мощных драглайнов на большинстве угольных месторождений Казахстана (Шоптыкольском, Шубар-кольском, Борлинском). Поэтому повышение эффективности внедрения бестранспортных схем экскавации неоднородных разнопрочных пород с использованием мощных драглайнов при значительном отставании вскрышных работ является актуальной научно-технической задачей.
Создание достаточных вскрытых запасов и сокращение относительных затрат времени на простои и непроизводительные переходы экскаваторов-драглайнов после отработки очередной заходки по надугольному вскрышному уступу (основному) достигается увеличением ее ширины до максимально возможной по условию экскавации с одной точки стояния наибольшего объема пород. В мягких и плотных породах при работе драглайнов в паре и разделении основного уступа на два подуступа проходка широких заходок (порядка 40-55 м при радиусах черпания соответственно 65-80 м) реализуется без затруднений. Это известные три разновидности бестранспортных схем вскрышных работ: подмосковная, украинская и райчихинская [1]. Во всех схемах вскрышной драглайн устанавливается
на промежуточной площадке, верхний подуступ относительно нижнего смещен на ширину призмы возможного обрушения. Чтобы приблизить место копания оставшихся по заходке пород уступа для отвального драглайна и при этом обеспечить пропорциональное распределение максимального объема работ по заходке между парой драглайнов одновременно с выемкой пород верхнего по-дуступа вскрышным драглайном проходится врубовая траншея на нижнем подуступе.
Для отработки в кровле угольного пласта неоднородных разнопрочных пород требуется буровзрывная подготовка. Проходка врубовой траншеи в этом случае усложняет организацию горных работ - на практике вскрышной драглайн в ожидании буровзрывной подготовки участка выемки часто простаивает, периодически перемещаясь, по мере первоначальной отработки верхнего подуступа на безопасное расстояние вдоль фронта работ. Опережающая отработка верхнего подуступа менее крепких пород снижает устойчивость отвала. Вместе эти факторы снижают интенсивность вскрытия угольного пласта, повышают производственные затраты и ограничивают область применения бестранспортных схем экскавации, в особенности в первые годы их внедрения.
Поэтому для высокопроизводительной работы пары драглайнов и проходки врубовой траншеи верхний подуступ относительно нижнего подуступа должен быть смещен на ширину заходки (рис. 1).
Осуществить такое смещение при внедрении бестранспортных схем экскавации затруднительно. Увеличение объема выемки вскрыши по всей высоте рабочей зоны в период реконструкции без существенного повыше-
ния добычи полезного ископаемого резко ухудшит технико-экономические показатели разработки.
Эффективность перехода на бестранспортную технологию с приобретением мощных драглайнов достигается одновременным увеличением в первый год внедрения объемов как бестранспортной вскрыши, так и добычи полезного ископаемого. Для этого высвободившееся в нижней вскрышной зоне горнотранспортное оборудование сосредотачивается на верхних уступах и обеспечивает их интенсивную отработку, а в бестранспортную схему экскавации внесены коррективы. Нами предложено вскрышным драглайном помимо отработки верхнего подуступа (рис. 2, фигура Ам) производить выемку приконтурной части нижнего подуступа (фигура Ас). В этом случае верхний подуступ относительно нижнего смещен только на ширину обуривае-мого в приконтурной части блока, которая в 1,5-2 раза меньше ширины заходки и соответствует действительным параметрам горизонтов зачистки кровли пласта полезного ископаемого к моменту внедрения бестранспортной технологии.
Недостатком такой последовательности отработки высоких уступов является исключение взрывов на сброс эффективно применяемых при бестранспортных схемах экскавации. Но при этом упрощается организация работы вскрышного и бурового оборудования - в пространстве рабочей зоны они производятся независимо на безопасном удалении, рабочий ход вскрышного драглайна по блоку непрерывен [2].
К примеру, при высоте основного уступа 30 м ширина заходки принимается равной 40-50 м и обеспечивает опережающую выемку приконтурной части нижнего подуступа шири-
Рис. 1. Бестранспортная схема экскавации неоднородных разнопрочных пород с проходкой врубовой траншеи по нижнему подуступу вскрышным драглайном
ной 15 м вскрышным драглайном при смешении его подуступов на 30 м [3]. Удаление места копания на уступе для отвального драглайна, располагаемого на предотвале, компенсируется повышением устойчивости отвала. По всей его высоте создаются призмы упора - в основании из крепких пород приконтурной части нижнего подуступа, для основного отвала (верхнего яруса) из оставшихся по за-ходке части пород нижнего подусту-
па. Поэтому отвальный драглайн работает в безопасных условиях с максимальным использованием своих параметров и может перемешаться вдоль фронта работ по зигзагообразной трассе.
Известно, что по бестранспортной технологии разработки мягких и плотных пород с увеличением высоты основного уступа коэффициент пере-экскавации увеличивается. Это суше-ственный недостаток, ограничиваю-
Рис. 2. Бестранспортная схема экскавации неоднородных разнопрочных пород с опережающей выемкой приконтурной части нижнего подуступа вскрышным драглайном
щий область применения бестранспортных схем при их сопоставлении с транспортными технологиями
вскрышных работ.
Для реализации схемы экскавации с опережающей выемкой приконтур-ной части нижнего подуступа вскрышным драглайном с использованием объемной модели бестранспортных схем экскавации [4, 5] разработана инженерная методика расчета ее параметров. Отличием ее является возможность установления рациональных параметров в среднем по рассматриваемому конкретному участку спаренной работы драглайнов и отдельным блокам. Критерием эффективности при этом принято максимальное использование линейных размеров и производительности экскаваторов
при обеспечении планируемой величины вскрываемых запасов угля.
Ширина выемки приконтурной части нижнего подуступа вскрышным драглайном В (м) определяется по выражению
_ _ кМ • РСК • (V" - н2 • л)
Рм -(НСк-ксрК + н • кМ)’
где РСК, Рм - годовая нормативная производительность вскрышного
драглайна по скальным и плотным породам, млн. м3; V" - объем работ вскрышного экскаватора по мягким
породам на 1 м длины фронта работ, м3,
Vм _ Рм •л • Ьу • 7окиз •(1 + р)
э 0>у • ку
здесь Иу - средняя мощность рудного пласта на рассматриваемом участке, м; у0 - объемный вес угля, т/м3; киз
- коэффициент извлечения угля; р -величина засорения угля; Qу - планируемая годовая величина вскрываемых запасов угля на рассматриваемом участке, млн т.
Коэффициент переэкскавации по заходке на рассматриваемом участке составит
К _____________________________ (2)
^ л [Н + н2 )кМ+нУккСрК ]'
Результаты вычислений значений коэффициента переэкскавации по заходке исследуемых бестранспортных схем экскавации мягких и плотных пород по традиционной технологии и неоднородных разнопрочных пород по рекомендуемой при внедрении новой технологии приведены в таблице, а их сопоставление - рис. 3.
Установлено, что с увеличением высоты вскрышного уступа от 28 до 34 м коэффициент переэкскавации по заходке по традиционной схеме экскавации с проходкой врубовой траншеи вскрышным драглайном увеличивается. При мощности угольного
Результаты расчета коэффициента переэкскавации по захоаке при отработке пород различной крепости и мощности угольного пласта 12 м
При выемке вскрышным драглайном
Высота вскрышного уступа (Н), м
по нижнему подуступу 28 29 30 31 32 33 34
Мягких и плотных пород при проходке врубовой траншеи 0,243 0,256 0,268 0,273 0,289 0,298 0,309
Крепких пород с приконтурной части 0,344 0,339 0,333 0,323 0,313 0,304 0,295
О
С
X |
* I
и
-Э- 2
■я ° п л
* а • с
„ 0.35
I 0,3 х ’ ш п
0,25
Й
! £ 91 1 1 - 1
29 30 31 32 33
Высота вскрышного уступа, м
• по рекомендуемой схеме по традиционнойой схеме
Рис. 3. График зависимости изменения коэффициента переэкскавации по захоаке от высоты вскрышного уступа
пласта 12 м он изменяется от 0,243 до 0,309, т.е наблюдается рост на 27,2 %. При применении схемы экскавации с опережающей выемкой приконтурной части нижнего подус-тупа вскрышным драглайном, наоборот, с увеличением высоты вскрышного уступа от 28 до 34 м значения коэффициента переэкскавации по за-ходке уменьшаются от 0,344 до 0,295, т.е. понижается на 14,2 %.
Анализ графика показывает, что при невозможности смещения верхнего подуступа относительно нижнего на ширину заходки схема экскавации с опережающей выемкой приконтурной части по сравнению с традиционной схемой отработки мягких пород парой драглайнов может быть
эффективной только при высоте вскрышного уступа 32-34 м и выше.
При отработке уступа по рассматриваемой схеме экскавации высотой 28 м коэффициент переэкскавации по сравнению с традиционной схемой больше на 41,5 %. Следовательно, схема экскавации с опережающей отработкой приконтурной части нижнего подуступа вскрышным драглайном будет целесообразна в основном при отработке высоких уступов.
Согласно проекту по бестранспортной технологии на разрезе «Май-кубенский» (Шоптыкольское месторождение) предусматривается отрабатывать уступы высотой 40 м с использованием пары драглайнов ЭШ-20/90 и ЭШ-15/100. При внедрении бес-
Рис. 4. Принципиальная технология внедрения бестранспортной схемы экскавации неоднородных разнопрочных пород при отработке пластовых месторождений: при первом проходе по блоку при максимальной ширине заходки нижнего подуступа (а); при втором проходе по блоку при максимальной ширине заходки верхнего подуступа (б)
транспортных схем экскавации на Восточном участке высота основного вскрышного уступа составит 35 м.
Линейные параметры отвального драглайна приняты с учетом пологонаклонного падения угольного пласта. Поэтому наиболее эффективной схемой экскавации при высоте вскрышного уступа более 33 м является схема с опережающей выемкой вскрышным драглайном приконтурной части крепких пород нижнего подуступа. Однако в этой части разреза имеет место значительное отставание вскрышных работ. Для использования рекомендуемой схемы с заходками шириной 40-50 м на вышележащем уступе может отсутствовать рабочая площадка достаточных размеров. А без нее обеспечить одновременно проектные объемы бестранспортной вскрыши со значительным наращиванием добычи угля в первый год внедрения драглайнов затруднительно. В процессе изыскания технических решений по эффективному внедрению
бестранспортных схем экскавации на угольных разрезах найдены приемы увеличения подготовленных запасов при имеющем место отставании вскрышных работ. Установлено, что увеличить ширину вскрываемого за фиксированный период времени блока-панели возможно путем изменения значений ширины заходок по основному и добычному уступам и подуступам первого в ин-тервале 30-70 м при каждом из двух проходов по нему (рис. 4).
При первом проходе драглайнов (рис. 4, а) ширина заходки нижнего подуступа и добычного уступа принимается предельно возможной и ограничивается она только линейными размерами отвального драглайна, а ширина верхнего подуступа уменьшается почти до слияния с откосом нижнего подуступа. Вскрышной драглайн отрабатывает верхний подуступ (фигура Ам) и предварительно взорванную внешнюю часть нижнего подуступа (фигура Ас). При втором проходе драглайнов по
блоку (рис. 4, б) ширина верхнего по-дуступа увеличивается. Ее величина ограничивается только радиусом черпания вскрышного драглайна, которым отрабатывается только верхний подус-туп (шириной 70 м).
Достоинством рекомендуемой схемы экскавации является возможность исключения отрицательного влияния широких заходок на производительность драглайнов путем сокращения расстояния от оси вскрышного экскаватора до верхней бровки уступа на 12,5-25 %.
Предложенное регулирование шириной заходок при каждом из двух последовательных проходов по блоку-панели двумя драглайнами, по сравнению со схемой с опережающей выемкой приконтурной части нижнего подуступа по каждой заходке, позволяет уменьшить коэффициент пере-экскавации по заходке еще на 4%, а
1. Развитие техники и технологии открытой угледобычи / М.И. Щадов, К.Е. Винницкий, М.Г. Потапов и др.; Под ред. М.И. Щадова. - М.: Недра, 1987. - 237 с.
2. Ракишев Б.Р., Молдабаев С.К. Перспективы применения бестранспортной технологии отработки вскрышных пород на месторождениях Майкубенского бассейна // Комплексное использование минерального сырья. - Алматы. -1998. № 1. С. 14-19.
3. Молдабаев С.К. Пути интенсификации отработки массива разнопрочных пород с внутренним отвалообразованием // Основные направления открытой угледобычи и перера-
при увеличении средней по двум проходам ширины заходки с 50 до 62,5 м
- на 5 %. Замена вскрышного экскаватора ЭШ-15/90 на ЭШ-11/70 увеличивает значение коэффициента пе-реэкскавации по заходке. При средней ширине заходки 57,5 м - на 3 %. При этом установлено, что с увеличением высоты вскрышного уступа коэффициент переэкскавации по заходке существенно снижается. К примеру, при увеличении высоты уступа с 27 до 34 м коэффициент переэкскавации уменьшился на 16 %.
Следовательно, увеличение высоты уступа и ширины заходок по предложенным схемам внедрения мощных драглайнов на разработке неоднородных разнопрочных пород основного уступа существенно повышает показатели эффективности бестранспортной технологии.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ботки Канско-Ачинских углей. - Сб. тез. конферен. - Красноярск. 1990. С. 15-18.
4. Пчелкин Г.Д., Молдабаев С.К., Сту-динский Н.М. Оптимизация параметров бестранспортной технологии разработки разнопрочного массива // Изв. вузов. Горный журнал. 1990. № 2. С. 26-30.
5. Ракишев Б.Р., Молдабаев С.К. Взаимосвязь технологических процессов и параметров бестранспортных схем отработки твердых вскрышных пород // Комплексное использование минерального сырья. - Алматы. -1998. № 4. С. 23-27. ЕЕЕ
— Коротко об авторах
Ракишев Б.Р. - академик НАН РК, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой открытых горных работ Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева,
Молдабаев С.К. - кандидат технических наук, декан инженерного факультета Екиба-стузского инженерно-технического института имени К.И. Сатпаева,
Иргебаев Г.Е. - главный инженер ТОО «Майкубен-Вест»,
Шулаева Н.А. - руководитель инженерной группы ТОО «Майкубен-Вест».
