CC BY
56
УДК 622.27 П 19
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.09
Пастихин Д.В., Аникин К.В., Толипов Н.У., Иванов Е.Д.
П 19 Обоснование конструкции рабочего борта глубоких карьеров: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2011. — № 2. — 22 с.— М.: Издательство «Горная книга»
ІББМ 0236-1493
Приведены примеры и описаны результаты исследований влияния конструкции рабочего борта карьера на производительность экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования.
Изложена методика обоснования рациональной конструкции рабочего борта карьера и результаты ее апробации на примере карьера Му-рунтау.
УДК 622.27
ІББМ 0236-1493 © Д.В. Пастихин, К.В. Аникин, Н.У. Толипов,
Е.Д. Иванов, 2011 © Издательство «Горная книга», 2011 © Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2011
подготовленных и готовых к выемке запасов, а, о жестком контроле соблюдения этих норм. При выполнении норм и рекомендаций по количеству вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов горной массы формировался пологий рабочий борт, на котором обеспечивались нормальные условия работы основного горного оборудования.
К сожалению, последние десятилетия, желание собственников сократить затраты на добычу полезного ископаемого реализовывалось не в виде новых организационно-технологических решений а, путем сокращения объемов вскрышных работ относительно проектных показателей. Это привело к существенному увеличению угла откоса рабочего борта, а, следовательно, к ухудшению условий работы горнотранспортного оборудования. А в этих условиях фактор конструкции рабочего борта карьера приобретает очень существенное значение.
Значимость влияния конструкции рабочего борта карьера на производительность экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования при различных углах откоса рабочего борта наглядно продемонстрирована на рис. 1. На графике показаны изменения производительности вскрышного экскаваторноавтомобильного комплекса оборудования и продолжительности работы карьера при различных конструкциях его рабочего борта. Представленные данные были получены в результате математического моделирования развития горных работ на борту карьера, состоящего из 3 добычных и 13 вскрышных уступов. На добычных работах применялись 3 экскаватора ЭКГ 15, на вскрышных работах — 12 экскаваторов ЭКГ 20.
Для формирования различных вариантов рабочего борта были выделены 4 типа площадок шириной 50, 40, 20 и 0 м. На основе комбинирования различных сочетаний типов площадок было сформировано более 15 вариантов конструкций рабочего борта карьера. Обозначение варианта соответствует принципу его формирования. Например, номер варианта 3.20.50 обозначает, что в данном варианте в начальном положении на каждом третьем уступе ширина площадки 20 м, а на остальных горизонтах ширина рабочей площадки составляет — 50 м.
Каждому типу площадки была задана своя производительность. Шаг моделирования — один год. Основное требование — выполнение на каждом шаге планового (постоянного на весь период расчета) объема добычи полезного ископаемого.
Моделирование выполнялось до тех пор, пока угол откоса рабочего борта карьера не достигал значения угла нерабочего борта. Более подробно основные принципы и результаты моделирования представлены в статье «Влияние конструкции рабочего борта карьера на производительность экскаваторноавтомобильного комплекса оборудования»[1].
Во всех вариантах, представленных в виде кривых на рис.
1, уже на начальном этапе конструкция рабочего борта предполагает существенное отставание по вскрышным работам от проектных показателей, что и определяет падение производительности во всех вариантах. Анализ представленных результатов показывает, что угол откоса рабочего борта карьера, хотя и оказывает существенное влияние на производительность предприятия в целом, не является единственным определяющим фактором. Например, начальный угол откоса рабочего борта в варианте 23.20.50 равен 240, что на 1,90 круче, чем в варианте 3.0.50 (22,10), а срок службы предприятия больше. В вариантах 2.0.50, 23.20.40 и 3.0.40 начальная конструкция борта соответствует углу откоса рабочего борта карьера 26,10, но срок службы карьера по этим вариантам составляет соответственно 10, 15 и 12 лет. Существенная разница срока существования карьера в вариантах с одинаковым углом откоса борта вызвана именно различием его конструкции.
Перечисляя причины, которые привели к росту значимости фактора конструкции рабочего борта карьера, необходимо отметить еще одну — изменение структуры парка экскаваторов.
В последние десятилетия прошлого века и в первые годы текущего парк выемочно-погрузочного оборудования практически не обновлялся. Степень его износа на горных предприятиях России превысила 80 %. Но не смотря на некоторый общий спад промышленного производства, вызванный так называемым «мировым финансовым кризисом», горные предприятия России, ведущие разработку месторождений по-
лезных ископаемых открытым способом, не только осознают необходимость технического перевооружения, но и проводят его. Если посмотреть, как изменялась структура парка экскаваторов на угольных и рудных предприятиях (рисунки 2 и 3) и какие типоразмеры выемочно-погрузочных машин предлагаются производителями, то становится очевидна тенденция существенного увеличения единичной мощности (вместимости ковша) экскаватора[2,3]. Вмести с тем, опыт работы ряда горных предприятий показывает, что существенное увеличение средней вместимости ковша экскаваторного парка, далеко не всегда дает желаемый результат. Так некоторые горные предприятия России и стран СНГ, приступившие к модернизации своего парка оборудования и вложившие немалые средства в приобретение новой техники с вместимостью ковша 20 м3 и более столкнулись с тем, что производительность закупленных машин зачастую ниже той, которую предполагалось достичь. Причин этому несколько, но одна из основных — устаревшая система организации и планирования горных работ, основанная на методических и статистических подходах разработанных для машин с меньшей вместимостью ковша.
Попробуем рассмотреть более подробно, почему при вводе более мощных экскаваторов или отставании вскрышных работ существенно возрастает роль конструкции рабочего борта карьера, или как конструкция рабочего борта сказывается на работе экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования.
Как уже было сказано ранее, основным показателем, характеризующим конструкцию рабочего борта карьера, является угол его откоса. Конечно, некорректно говорить, что именно угол откоса характеризует или определяет условия работы оборудования на рабочем борту, но он является результирующим показателем целого ряда факторов, которые собственно и оказывают непосредственное влияние на производительность экскаваторов и автосамосвалов. Рассмотрим некоторые из этих факторов.
Производительность автосамосвала определяется временем движения, погрузки, разгрузки и маневрирования. Наличие транспортной полосы на рабочих горизонтах карьера позволяет за счет применения сквозных схем движения автоса-
мосвалов, а также формирования дополнительных временных съездов сокращать расстояние транспортирования. К сожалению, на сегодняшний день на ряде предприятий настолько сокращены по ширине транспортные бермы, что на некоторых участках в рабочей зоне ширина автомобильной дороги не позволяет разъехаться двум автосамосвалам, что существенно увеличивает продолжительность времени движения. Ширина рабочей площадки определяет время маневрирования для установки автосамосвала под погрузку, а также само место погрузки, что, в конечном счете, через продолжительность рабочего цикла экскаватора, сказывается на времени погрузки.
Если рассматривать только часовую или сменную производительность экскаватора, на первый взгляд, она менее чувствительна к ширине площадок на рабочих горизонтах. Но в этих условиях существенно возрастает влияние на производительность организации работ на уступе и в карьере в целом. Недостаток подготовленных и готовых к выемке запасов горной массы приводит к вынужденным простоем бурового и выемочного оборудования. Буровое оборудование простаивает в связи с отсутствием площадей для ведения буровых работ. Снижение производительности экскаваторов связано с увеличением количества их перегонов, различных видов вспомогательных операций, плановых и неплановых технологоорганизационных простоев.
Наглядным примером, иллюстрирующим влиянии ширины рабочей площадки, а также длины активного фронта работ на производительность экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования, являются результаты моделирования работы вскрышного экскаваторно-автомобильного комплекса посредством математического моделирования технологических процессов с помощью программы Microsoft Office Project 2003, представленные на рисунке 4 [4].
В качестве выемочного оборудования рассматривался экскаватор P&H с объемом ковша 25 м3. Учитывались подготовительно-заключительные и вспомогательные операции, зарядка скважин, проветривание, установка экскаватора, нарезка съездов, а также другие виды работ.
Относительное расхождение между минимальным и максимальным значениями производительности экскаваторноавтомобильного комплекса оборудования в рассмотренных вариантах превысило 11 %, что свидетельствует о том, что влияние только двух факторов, ширины рабочей площадки и длины рабочего фронта работ, при одних тех же конкретных технолого-организационных условиях весьма существенно.
Представленные данные еще раз подчеркивают достаточно известный факт, что для каждого комплекса оборудования существуют свои оптимальные условия работы. Следовательно, замена одного комплекса оборудования на другой, особенно на более мощный, требует обязательного осмысленного изменения условий его работы. А если замена оборудования происходит в условия недостатка активного фронта работ проблема создания рациональных условий работы оборудования встает особенно остро. Но под рациональными условиями надо понимать не только ширину рабочей площадки и длину фронта на конкретном уступе, а всю конструкцию рабочего борта в целом.
К сожалению, проблема рациональной конструкции рабочего борта, в условиях недостатка активного фронта работ все еще остается без внимания, а ее решение, на сегодняшний день, является не только производственной, но и актуальной научной задачей.
г 10 |----------------------------------
(Ti ЯJ
I 8.5
О
£ 7.5
со
7 J----------1---------1---------1---------1---------
1989 1993 1997 2001 2005 2009
Годы
Рис. 3. Вместимость ковша среднесписочного экскаватора на 8 крупнейших ГОКах России
УДК 622.271
© Д.В. Пастихин, К.В. Аникин,
Н.У. Толипов, 2011
РАЦИОНАЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ РАБОЧЕГО БОРТА ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ЭКСКАВАТОРНО-АВТОМОБИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ОБОРУДОВАНИЯ
Приведены примеры и описаны результаты исследований влияния конструкции рабочего борта карьера на производительность экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования.
Ключевые слова: карьер, конструкция рабочего борта, рабочая площадка, экскаваторно-автомобильный комплекс оборудования, производительность экскаватора.
Основным принципом, а так же недостатком ведения открытых горных работ, является необходимость удаления большого количества вмещающих и покрывающих вскрышных пород для добычи полезного ископаемого. Объемы вскрышных пород как общие, так и текущие определяются углами откосов конечного и рабочего бортов карьера. И поэтому, как только в первых карьерах стали появляться вскрышные уступы, сразу возникла проблема увеличения углов откосов конечного и рабочего бортов карьера, и чем карьеры становились глубже, тем эта проблема становилась острее.
Решение проблемы увеличения угла откоса нерабочего борта карьера неразрывно связано с его устойчивостью, которая, в свою очередь во многом определяется конструкцией нерабочего борта. Угол откоса рабочего борта для конкретного карьера, всегда меньше угла откоса нерабочего борта, и поэтому его устойчивостью, а следовательно и конструкцией практически не занимались.
Вторая причина, по которой конструкции рабочего борта уделяли мало внимания, заключалась в принципах планирования и организации работы которых придерживались в СССР. И речь здесь идет не о больших нормативах вскрытых,
ВДившы
конструкции
Ьорта
карьера
-^—2.0.50.
-^—2.0.40.
-2.20.50. -■—2.20.40. -^—23.0.50. -■ -23.20.50.
■ 23.20.40.
■ 3.0.50. -•—3.0.40. -•—3.20.50. -■ -3.20.40.
Продолжительность работы карьера, лет
Рис. 1. Производительность вскрышных экскаваторно-автомобильных комплексов оборудования и продолжительность работы карьера при различных конструкциях его рабочего борта
Рис. 2. Изменение парка экскаваторов-мехлопатугольных разрезов по годам [2]
Производительность экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования определялась по следующей зависимости:
V з /
О =-*-,м/
Т / сут
где Vг — объем горных работ на горизонте, м3; Т — время отработки горизонта (критический путь), сут.
Длина рабочего фронта, м
Рис. 4. Зависимость производительности экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования от ширины рабочей площадки и длины рабочего фронта на уступе
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пастихин Д.В. Толипов Н.У. Влияние конструкции рабочего борта карьера на производительность экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования. Горный информационно-аналитический бюллетень, — 2010, №1. — С. 185—192.
2. Аникин К.В. Перспективы применения в России экскаваторов с объемом ковша 20 м3 и более. Горный информационноаналитический бюллетень, — 2009, №12. -С. 365-369.
3. Технико-экономические показатели горных предприятий за 1990-2007 гг. — Екатеринбург: ИГД УрО РАН. — 2008. — 404 с.
4. Аникин К.В. Исследование влияния длины рабочего фронта и ширины рабочей площадки на уступе на производительность экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования. — 2011, №2. -С. 147—149.
