CC BY
19
--© Г.В. Шубин, Б.Н. Заровняев,
А.Н. Акишев, А.Г. Журавлев, 2012
Г.В. Шубин, Б.Н. Заровняев, А.Н. Акишев, А.Г. Журавлев
РАЗРАБОТКА БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ДОРАБОТКЕ ГЛУБОКИХ АЛМАЗНЫХ КАРЬЕРОВ ЯКУТИИ
Для доработки нижних горизонтов глубоких алмазных карьеров предложен комплекс горнотранспортного оборудования с системой дистанционного управления (ДУ). Для данного оборудования приведены результаты расчётов по основным его рабочим параметрам.
Ключевые слова:алмазные карьеры, глубокие карьеры.
Около 30 % мировых разведанных запасов алмазов приходится на долю России, причем основные, наиболее крупные промышленные месторождения, в настоящее время сосредоточены на территории республики Саха (Якутия).
Как показала практика, освоение алмазоносных месторождений осложнено рядом неблагоприятных факторов, напрямую влияющих на эффективность и безопасность их отработки. К наиболее характерным негативным факторам, которые в той или иной мере присущи для каждого кимбер-литового месторождения, можно отнести следующие: тенденция увеличения глубины карьеров, в ограниченных размерах в плане, с сокращением параметров их рабочей зоны; возрастанием крутизны наклона бортов карьеров с глубиной; криогенность массивов руд и вмещающих горных пород; сложная морфология месторождений; газо- и битумонасы-щенность глинистых разновидностей пород; сложным геотермическим состоянием рудного массива и вмещающих пород, для которых характерны различные тектонические нарушения; наличие мощных водоносных горизонтов, с различным уровнем водопритоков, часто содержащих газонасыщенные рассолы с высокой минерализацией; низкой проч-
ностью кимберлитовых руд и вмещающих пород особенно в растепленном и влажном состоянии. Для отдельных месторождений отмечена склонность отбитой руды к слеживаемо-сти, размокаемости и смерзаемости. Все это, наряду с уникальной ценностью алмазов, суровым климатом Севера, территориальной отдаленностью районов добычи предопределяет особые требования к формированию технологических решений при освоении кимберлитовых месторождений данного региона.
Доработка глубоких карьеров особенно в условиях крио-литозоны сопряжено со значительными трудностями и осложнениями связанными как с техническими, технологическими, организационными, так и природно-климатическими факторами. Использование традиционных технологий и техники в таких условиях, помимо закономерного снижения эффективности производства, приводит к повышению опасности при выполнении основных производственных процессов, как для людей, так и для горного оборудования [1-3].
В настоящее время открытая отработка карьера «Удачный» находится в стадии завершения. Дальнейшая отработка месторождения планируется подземным способом, с применением системы разработки горных пород с их обрушением.
Карьер «Удачный» в настоящее время является самым крупным из алмазодобывающих предприятий АК «АЛРОСА». Текущая глубина открытых горных работ достигла проектных значений — 640 м. Существующий проект предусматривает неполную отработку рудного тела, в бортах карьера, в его нижней части оставляется значительный объем руды. Оставление этих запасов в борту делает технически невозможной дальнейшую подземную отработку подкарьерных запасов в зоне расположения рудных целиков, что предопределяет необходимость изыскания способов их обрушения и дальнейшей отработки. Относительно небольшие слоевые объемы руды в верхней части рудных целиков приводят к довольно большим удельным затратам на их обрушение подземным способом, в связи с чем, в ранее проведенных исследованиях, было принято решение о комбинированной открыто-подземной отработке рудных целиков. Согласно
данному решению рудные целики, расположенные выше гор.минус 260 м обрушаются на дно карьера открытым способом, а ниже этого горизонта — подземным способом.
С целью отработки рудных целиков в борту карьера на последней стадии планируется произвести обрушение западного и восточного рудных целиков буровзрывным способом на дно карьера с формированием борта карьера нерабочими уступами с вертикальными откосами и предохранительными бермами минимальной ширины.
В процессе доработки рудных целиков на дно карьера будет сброшено несколько миллионов тонн руды. До ввода в эксплуатацию подземного рудника существует возможность добычи части данных запасов более дешевым открытым способом. Однако, учитывая наличие в карьере сверхвысоких нерабочих уступов, образовавшихся при доработке целиков, применение традиционной техники с операторами на борту не может быть гарантированно безопасным, что делает целесообразным применение погрузочной и транспортной техники с дистанционным управлением [4]. Для погрузки и транспортирования руды из образовавшегося развала на дне карьера из-за высокой опасности условий работы персонала планируется использовать оборудование с дистанционным управлением без нахождения людей в опасной зоне. Планируется использовать колесный ковшовый погруз-чикLeToumeau L-950с емкостью ковша 12-14 м3 и шарнирно-сочлененные самосвалыCaterpillar 740 6x6 ADT [5].
Основными параметрами которые необходимо обосновать при использовании принятого погрузочно- транспортного комплекса, это высота забоя, ширина рабочей площадки. Также влияющим фактором будет схема маневрирования оборудования в забое и установки самосвала и погрузчики при загрузке.
Ширина рабочей площадки при работе по развалу ограничивается двумя параметрами:
— максимально возможная ширина формируемой рабочей площадки определяется исходя из геометрии угла откоса развала по максимальной высоте забоя ;
— минимально необходимая ширина площадки для нормальной работы оборудования выемочно-погрузочного и
транспортного оборудования зависит от типоразмера и схемы маневрирования в забое.
При формировании заходок по откосу развала будут действовать оба указанных фактора и необходимо использовать рабочие площадки минимальной ширины. При работе на нижележащих уступах с выровненной верхней площадкой возможно использовать рабочие площадки нормальной ширины, ограничиваемые только условиями нормального маневрирования оборудования. Эти размеры определяются по стандартным методикам и могут, приняты аналогично разработанным в проекте на отработку карьера «Удачный» [Удачнинский ГОК].
Формулы для определения ширины рабочей площадки в разных литературных и нормативных источниках различаются, но основными факторами являются следующие:
— безопасное расстояние до бровки уступ;
— ширина ограждающего породного вала;
— призма обрушение;
— радиус поворота автосамосвала;
— радиус разгрузки экскаватора или радиус поворота погрузчика;
— габаритные размеры погрузочного и транспортного оборудования;
— при сквозной схеме движения — ширина автодороги.
Установлено влияние угла установки автосамосвала под
погрузку на ширину рабочей площадки (табл. 1). На рис. 1 видно, что при углах установки 50-60 градусов ширина полосы для ведения выемки горной массы из забоя погрузчиком из-за стоящего автосамосвала принимает минимальные значения.
Поэтому можно использовать либо схему с установкой автосамосвала под углом с обеспечением необходимой полосы для работы погрузчика, либо схему с отъездом автосамосвала на время наполнения ковша погрузчика. В обоих случаях ширина рабочей площадки будет оставаться неизменной.
Важным преимуществом применения дистанционного управления может быть то, что операторы находятся вместе в одном помещении и могут четко согласовывать и координиро-
вать свои действия при управлении машинами, работающими в забое.
Расчеты показали, что при петлевой схеме маневрирования ширина рабочей площадки несколько меньше, чем при тупиковой. Поэтому целесообразно для сокращения ширины площадки в тех случаях, когда это необходимо, использовать либо петлевую схему, либо тупиковую с углом поворота до остановки больше 90°.
Петлевая схема маневров удобнее, поскольку заезд автосамосвала в забой может осуществляться с одной стороны дороги, а выезд с другой без дополнительных маневров. Упрощается обмен автосамосвалов в забое.
Рассмотрим вторую группу факторов, ограничивающих ширину рабочей площадки с максимальной стороны. Это геометрия формирования рабочей площадки по откосу развала (рис. 2). Поперечное сечение забоя (рабочей площадки) представляет собой треугольник. Длина нижней его стороны, представляющая собой ширину рабочей площадки, зависит от угла наклона верхней стороны треугольника (угла откоса развала) и высоты треугольника (высоты забоя).
Угол откоса поверхности развала руды на дне составляют 17-32 градуса.
На рис. 2 показаны результаты расчетов ширины рабочей площадки и высоты забоя, взаимоувязанных по углу откоса развала. Видно, что при больших углах откоса развала (более 26 °) ширина формируемой рабочей площадки уменьшается и становится меньше минимально необходимой для маневрирования автосамосвалов САТ-740.
35,0
г
£ 30,0
=е =1 (В
| 25,0
ш 20,0 I
о
1с га
15,0
га х
5
| 10,0 5,0
П одача с амосва] [а задн] 1М
Перехс д на че 1НОЧНО(
виженг е автос амос^
V ■ч. "н
/ п одача с амосва. па пере [(НИМ N1
10
20
30 40 50 60 70
Угол установки автосамосвала, град
80
90
Рис. 1. Зависимость ширины рабочей площадки от угла установки автосамосвала под погрузку при маневрировании погрузчика с поворотом
Таблица 1
Влияние угла установки автосамосвала под погрузку на ширину рабочей площадки
Угол Длина по- Ширина Рад. пово- Ширина Длина Раз- Габарит- Безопасное Ширина Ширина Ширина
ШСА к грузчика, погруз- рота по- ШСА, м ШСА, м мер а ный ра- расстояние породного работы рабочей
оси м чика, м грузчика, ШСА, диус по- от машин до вала по машин, м площадки,
заход- м м ворота бровки, м подошве м
ки, ШСА, м (6=60°), м
град
При подаче самосвала под погрузку передним ходом
10 13 5,3 9 3,5 11 1 8,6 1,029 1,029 28,6 28,6
20 13 5,3 9 3,5 11 1 8,6 1,029 1,029 26,5 26,5
30 13 5,3 9 3,5 11 1 8,6 1,029 1,029 24,0 24,0
40 13 5,3 9 3,5 11 1 8,6 1,029 1,029 21,2 21,2
50 13 5,3 9 3,5 11 1 8,6 1,029 1,029 18,2 21,8
60 13 5,3 9 3,5 11 1 8,6 1,029 1,029 15,0 21,8
70 13 5,3 9 3,5 11 1 8,6 1,029 1,029 11,8 21,8
80 13 5,3 9 3,5 11 1 8,6 1,029 1,029 8,7 21,8
90 13 5,3 9 3,5 11 1 8,6 1,029 1,029 5,7 21,8
При подаче самосвала под погрузку задним ходом
10 13 5,3 9 3,5 11 5 8,6 1,029 1,029 29,3 32,5
20 13 5,3 9 3,5 11 5 8,6 1,029 1,029 27,8 31,1
30 13 5,3 99 3,5 11 5 8,6 1,029 1,029 26,0 29,2
40 13 5,3 9 3,5 11 5 8,6 1,029 1,029 23,8 27,0
50 13 5,3 9 3,5 11 5 8,6 1,029 1,029 21,2 24,5
60 13 5,3 9 3,5 11 5 8,6 1,029 1,029 18,5 21,7
70 13 5,3 9 3,5 11 5 8,6 1,029 1,029 15,6 18,8
80 13 5,3 9 3,5 11 5 8,6 1,029 1,029 12,6 15,9
90 13 5,3 9 3,5 11 5 8,6 1,029 1,029 9,7 13,0
8 ШСА — шарнирно-сочлененный автосамосвал
Таблица 2
Параметры забоя и рабочих площадок при применении оборудования с дистанционным управлением
Особенности Тип рабочей Параметр
дистанцион- площадки Ширина ра- Высота Высота
ного управле- бочей пло- породно- забоя, м
ния щадки, м го вала, м
С внешними Минимальная с 23 1 10
видеокамера тупиковым
ми торцевым забоем
Нормальная с 30 2 10
тупиковым
торцевым забоем
С фронтальным 40 2 10-15*
забоем
Без внешних Минимальная с 28 1 10
видеокамер тупиковым торцевым забоем
Нормальная с 35 2 10
тупиковым
торцевым забоем
С фронтальным 45 2 10-15*
забоем
Независимо Торцевой забой со сквозным односторонним движением транспорта 35 1 10
Торцевой забой со 45 1 10
сквозным
двусторонним
движением
транспорта
* Высота забоя 15 метров, равной полторы высоты черпания выемочно-
го оборудования допускается только в хорошо осыпающемся развале
без образования козырьков и нависей
Таким образом, для указанных условий геометрически возможно сформировать рабочую площадку торцевым забоем непосредственно по сформированному после взрыва развалу без дополнительных работ. При этом высота забоя будет равной максимальной высоте черпания погрузчика.
35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0
П одача с амосва] [а задш 1М
Перехс д на че точное
виженг е автос амос^
V ■ч. "н
/ п одача с амосва. па пере [(НИМ N1
10
20
30 40 50 60
Угол установки автосамосвала, град
70
80
90
Рис. 2. Зависимость высоты забоя от ширины рабочей площадки, формируемого в наклонном развале руды: 1 — высота забоя для погрузчика САТ-994F по максимальной высоте черпания; 2 — высота забоя для погрузчика САТ-994F при 1,5 высоте относительно максимальной высоты черпания; 3 — минимальная ширина рабочей площадки для погрузчика САТ-994F и автосамосвала САТ-740
Рекомендуемые параметры рабочих площадок и забоя приведены в табл.2.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Заровняев Б.Н., Шубин Г.В., Гоголев И.Н., Акишев А.Н., Журавлёв А.Г., Андросов А.Д. Новые способы и методы ведения горных работ на глубоких алмазодобывающих карьерах. // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № 12. — С.80-84.
2. Заровняев Б. Н., Акишев А. Н., Колганов В. Ф., Шубин Г.В., Журавлев А. А. Перспективы отработки нижних горизонтов алмазных месторождений. //Геомеханические и геотехнологические проблемы эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых северных и северо-восточных регионов России : труды Всерос. науч. — практ. конф.,-Якутск : Издательство Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, 2011. — С79-84
3. Заровняев Б. Н., Шубин Г.В., Акишев А. Н., Бабаскин С.Л., Курилко А. С. Перспективы разработки глубоких алмазных месторождений Якутии. Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: Материалы Х1 Междунар.конф., 18-21 сент.2012 г. — Усть-Каме-ногорск: ВКГТУ, 2012. — Т.1. С. 63-65.
4. Зырянов И.В., Акишев А.Н., Тарасов П.И., Журавлёв А.Г., Заровняев Б.Н., Шубин Г.В. Новые подходы к транспортированию горной массы с глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров. 11 Международная научно-практическая конференция «Техгормет-21 век» Сборник тезисов докладов. С-ПГГУ, 2011, С18-19.
5. Заровняев Б.Н., Шубин Г.В., Акишев А.Н., Бабаскин С.Л., Забелин В.В. К вопросу разработки и внедрения безопасной технологии отработки глубоких кимберлитовых карьеров с использованием дистанционного управления горнотранспортным оборудованием. //Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений. Сборник тезисов докладов. — Мирный, 2011. — С. 31. вгсга
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Шубин Гоигорий Владимирович — кандидат технических наук, доцент, grigshubin@mail.ru,
Заровняев Борис Николаевич — доктор технических наук, профессор, mine_academy@mail. ш,
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Акишев Александр Николаевич — кандидат технических наук, Научно-исследовательский и проектный институт Якутнипроалмаз АК «АЛРОСА», начальник отдела, institut-yna@alrosa.ru,
Журавлев Артем Геннадиевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН, juravlev@igduran.ru
