Рациональные условия применения технологии выполнения горно-капитальных работ драглайнами с погрузкой на транспорт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© И.В. Дерервяшкин, Л.Н. Кашпар, 2006

УДК 622.271

И.В. Дерервяшкин, Л.Н. Кашпар

РАЦИОНАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛНЕНИЯ ГОРНО-КАПИТАЛЬНЫХ РАБОТ ДРАГЛАЙНАМИ С ПОГРУЗКОЙ НА ТРАНСПОРТ

Семинар № 16

ш М убликации по строительству

Л-Л- карьеров в своей большей части основаны на практике проведения капитальной и разрезной траншеи при вскрытии нового горизонта. Известны случаи, когда темпы углубочных работ значительно превышали среднестатистические показатели. Однако анализ причин, которыми обуславливались средние показатели темпов углубочных работ, при строительстве карьеров не исследовался.

На темпы строительства карьера оказывает влияние ряд факторов и параметров применяемой горной и транспортной техники. При выборе варианта применяемого оборудования и технологии ведения горно-капитальных и углубоч-ных работ необходимо учитывать геологические условия, технические параметры и организационные мероприятия.

Вскрытие новых горизонтов практически определяется двумя основными фазами: вскрытие и разнос борта карьера. Каждая из фаз может выполняться независимой технологией. Однако наибольшее технико-эконо-мическое значение имеет применяемое оборудование (типоразмер), параметры траншей, заданные темпы углубочных работ.

Проектирование строительства карьера разбивается на несколько групп, которые могут быть объединены структурной схемой (рис. 1). Анализ этой схемы показывает, что при проектировании

строительства карьера необходимо выполнить подбор техники, способной обеспечить заданные параметры технологии, а не рассчитывать параметры технологии по параметрам выбранной техники

[1].

Конечно, прямая задача традиционна и позволяет анализировать значительное количество вариантов. Второй путь (обратная задача) более сложная для понимания. При этом, для углубления понимания решения, можно рассмотреть варианты с применением оборудования с ближайшими к выбранному расчетом типоразмеру.

Результаты анализа технологических решений при проведении капитальной и разрезной траншеи показали, что наибольший эффект достигается при выемочно-погрузочных работах производимых драглайном на бункерную установку с вывозкой горной массы железнодорожным, конвейерным и гидравлическим транспортом. При этом темпы углубочных работ в несколько раз превышают среднестатистические темпы, запроектированные и достигнутые при строительстве карьеров. Разнос бортов карьера рационально производить также драглайнами, применение которых приводит к повышению угла откоса рабочего борта карьера, а значит, потребует меньших скоростей подвигания фронта работ [2].

Рис. 1. Структурная схема выбора оборудования, технологии и параметров горнокапитальных работ

До настоящего времени проектиров- уменьшением (относительно горизон-

щики, и производственники апробиро- тального ребра) высоты (Коксохиммаш,

вали бункера кубической формы или Лебединский карьер, ВНИПИСтромсы-

квадратной в плане с небольшим рье и др.). Чаще всего высота бункера

ограничивалась паспортной характеристикой (высотой черпания) экскаватора. При этом разгрузка бункера осуществлялась через одно отверстие. Довольно часто угол наклона стенок бункера колебался в пределах 45-52°.

Анализ публикаций и проектных проработок показал, что авторы исследовали “монолитные” конструкции. Эти конструкции и тяжелые по весу и значительные по габаритам. По этим причинам в призабойном пространстве для их установки на новом месте потребуется тщательная планировка рабочей площадки уступа. Применение движителя (гусеничный, шагающий ход или “воздушная подушка”), который будет включаться на один-три часа один раз в 1,5-2 месяца, экономически и технически не рационально.

Рассмотрение вариантов конструкции бункерной установки натолкнуло на мысль собирать установку из отдельных стандартных секций ограниченных габаритных размеров. Такую установку назвали потокоформирующий модуль секционной конструкции [2].

Учитывая объем горной массы, который способен принять потокоформирующий модуль по конкретным типоразмерам драглайна время безостановочной работы достигает 12 часов. Учитывая среднюю величину наработки на отказ драглайна 3,5 часа, а работу железнодорожного транспорта в забое нескольких составов при этом возможность одновременной загрузки пяти составов, из забоя устойчиво будет разрабатываться, и вывозиться запланированный объем горной массы, достигающий 10000 м3/ч [2].

Анализ показателей работы мощных железорудных карьеров показал, что скорость подвигания фронта работ колеблется от 40 м до 220 м/год. При этом наиболее устойчивая равномерная рабо-

та карьера соответствует скорости под-вигания фронта не более 130 м/год. Высота уступа колеблется в пределах 11-18 м. Из забоя на уступе вывозится не более одного железнодорожный состава грузоподъемностью 1000 т.

На карьере Михайловского ГОКа при непосредственной загрузке состава драглайном из забоя один состав в час вывозится в среднем каждые 90 мин.

Д.т.н. Новожилов М.Г. показал, что повышение разрабатываемого уступа до 60 м экономически рационально. Технически возможно разрушать взрывом подобные уступы. Но рекомендаций по технологии выемочно-погрузочных работ при разработке высоких уступов не дано.

На конкретном карьере длина фронта работ практически стабильна. Варьируя высоту уступа и скорость подвигания фронта работ выявляем необходимый минимум объема перемещаемого из забоя:

у ф ф 3/

Учас=—-----------, М /Ч

Т год П вЛт.п.

где Т - годовая продолжительность рабочего времени ведения горных работ на уступе, час; (принимаем Т = =5000 ч/год); пв - коэффициент использования рабочего времени; (принимаем п =0,7); Пт.п. - коэффициент технологических простоев, (принимаем цт.п = 0,7).

На действующем карьере потребность транспортных услуг прямопропорциональна росту высоты уступа, так как скорость подвигания и длина фронта работ постоянные величины.

Максимальная высота уступа разрабатываемого драглайном, определяется длиной его стрелы:

Ну Ку^Ст, м

где Ку - коэффициент, определяющий высоту уступа и зависит от геологиче-

-Ну=10 м -Ну =30 м -Ну =40 м

Скорость подвигания фронта работ, м/год

Рис. 2. Влияние скорости подвигания фронта работ и высоты уступа на необходимую часовую производительность средств транспорта из забоя

ских характеристик разрабатываемого забоя, Ку = 0,3-0,4; Lст - длина стрелы драглайна, м.

С увеличением длины стрелы возрастает длина пути разгрузки ковша драглайна, а значит и размеры потокоформирующего модуля, растет ширина рабочей площадки, но уменьшается количество транспортных горизонтов, упрощается организация работ транспортных средств [2].

Расчеты для условий карьера с длиной фронта работ Lф = 1800 м показали, что при Ну = 30 м, Уф = 200 м, Lф = 1800 м, г/в = 0,7, 1)г.п. = 0,7 из забоя необходимо перемещать в отвал не менее 4400 м3/ч горной массы, что равнозначно отправке из забоя восьми железнодорожных составов в час (рис. 2).

Для параметров драглайна и типа забоя на технологические показатели разработки уступа взята технологическая схема выемочно-погрузочных Ра-бот с применением бункерных установок, рекомендованная в работе, где автор подробно изложил влияние технических данных драглайна и физико-

механических характеристик разрабатываемых пород на основные параметры забоя [3]. Параметры забоя драглайнов были исследованы во взаимо-увязке с технологической схемой при-

менения потокоформирующих модулей

[2].

Определяется 3 типа забоев драглайна при его работе на потокоформирующий модуль: торцовый, фронтальный и веерный

Каждый тип забоя драглайна характеризуется шириной заходки - Аз, шагом перемещения драглайна - Ьд, шагом перемещения пункта разгрузки ковша - Ьш и высотой разрабатываемого уступа -Ну. Физико-механи-ческие свойства разрабатываемых пород оказывают влияние через угол откоса уступа - уу и угол откоса забоя - уз. Радиус черпания - Кч, радиус разгрузки - Кр и минимальный ра-

Г) тіп ~

диус черпания - К в значительной степени оказывают влияние на параметры забоя. В работе были так же установлены зависимости ширины заходки, шага перемещения драглайна, шага перемещения пункта разгрузки ковша (шаг передвижки модуля) и объема разрабатываемой на одно положение модуля породы от основных характеристик драглайна.

С достаточной степенью точности ширину заходки - Аз, шаг передвижки модуля - Ьп, высоту разрабатываемого уступа - Ну можно выразить через длину стрелы драглайна:

Аз = (0,85+1,2)Ьст, м;

0

X 5К

^ о О X

2<и<и ЯЯ, | £ §

1 8 § ^ І

емкость ковша драглайна, м3

Рис. 3. Зависимости времени отработки веерного забоя на одно положение потокоформирующего модуля от объема ковша драглайна

^ (0,2^0,4)Lст, м>

Ну = (1,15+1,25^ст, м

Объем породы, отрабатываемый на одно положение модуля, составит:

W = (0,2 *0,9) Lст3, м3

Анализ результатов работы драглайна в торцевом и веерном забоях показывает, что при отработке уступа высотой Ну = 0,33Lст на одно положение бункерной установки (модуля) при торцевом забое отрабатывается 0,25Lст3, м3 горной массы, а при веерном забое 0,83Lст3, м3, то есть в 3,3 раза больше.

Установлено, что наиболее рациональным по исследуемым параметрам (Аз, Lш ,Lд) является веерный забой.

На одно положение бункерной установки (модуля) однотипным драглайном отрабатывается равновеликий объем вне зависимости от расположения бункерной установки относительно фронта работ. Однако непосредственная разгрузка породы из бункерной установки на железнодорожный или конвейерный транспорт возможна только при параллельном фронту работ расположении веерного забоя. При ином расположении “веера” необходимо применение промежуточного транспортного звена: конвейера-перегружателя. При гидротранс-

порте положение “веера” не влияет на потребность или отсутствие конвейерного звена.

В работе [3] объем горной породы, отрабатываемый драглайном на одно положение бункерной установки (модуля) для различных типов забоев рассчитывался только одним параметром драглайна - Lст, от которого зависит максимальная величина отрабатываемого объема. Но если рассматривать этот вопрос применительно к срокам отработки забоя, необходимо было рассмотреть и другой параметр - производительность драглайна - Qд, которая характеризуется емкостью ковша - Ед.

К примеру при производстве работ драглайном ЭШ-100/100 годовая эксплуатационная производительность составит Qд = 18 млн м3. Соответственно объем горных работ на одно положение бункерной установки при отработке веерного забоя драглайном ЭШ-100/100 составит:

Wд.1 = 0,83Аст3 = 0,83 млн м3.

На рис. 3 показано влияние вместимости ковша на продолжительность отработки одного “веера”. Анализ графика показывает, что при сокращении срока отработки заданного объема, возникает

необходимость чаще передвигать транспортные коммуникации и менять место бункерной установки (потокоформирующего модуля).

Выводы

1. Аналитические исследования определения темпов углубочных работ показали возможность их значительного ускорения за счет применения драглайнов.

2. Повышение темпов углубочных работ возможно при условии значительного ускорения подвигания фронта работ, что возможно за счет внедрения новой высокопроизводительной технологии и технических средств.

3. Разработка горной массы одноковшовыми экскаваторами с погрузкой на транспорт имеет технологические и технические ограничения: ширина за-ходки, высота уступа, цикличность копания экскаватора, количество разгрузок ковша в единицу транспортного средст-

1. Деревяшкин И.В. Характеристики и показатели техники и технологии во взаимосвязи с параметрами горно-капитальных работ, Вестник РУДН, Инженерные исследования, №1, РУДН, М, 2000.

2. Деревяшкин И.В. Исследование и обоснование параметров горных машин и технологии выполнения горно-капитальных работ при вскрытии перспективных карьерных полей

ва. Практически все ограничения снимаются при разработке уступа драглайном с разгрузкой ковша на потокоформирующий модуль, из которого горная масса разгружается на транспорт непрерывно при соблюдении ПТЭ.

4. Разработанные методики расчета и исследованные параметры потокоформирующего модуля показали значительное преимущество перед бункерами: в несколько раз больше вместимость, независимость работы экскаватора и транспорта, секционная конструкция обеспечивает простоту сборки и монтажа модуля любых размеров в плане, а также выполнение его передвижки. Шаг передвижки модуля достигает значения, равного трехкратной длине стрелы драглайна.

5. Новые технологические линии способны обеспечить строительство карьера при формировании рабочего борта карьера с углом откоса в 18°-20°

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Курской магнитной аномалии, диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, РУДН, М., 2002.

3. Кашпар Л.Н. Обоснование технологии разработки вскрышных пород одноковшовыми экскаваторами с погрузкой на гидротранспорт, диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, УДН им. П. Лумумбы, М., 1991.

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------

Деревяшкин Игорь Владимирович - доктор технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, Московский государственный открытый университет,

Кашпар Леонтий Николаевич - заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор, Российский университет дружбы народов.