CC BY
44
© A.A. Болвинов, P.M. Штейниайг, 2003
УАК 622.271
A.A. Болвинов, P.M. Штейниайг
РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОАГОТОВКИ И ЭКСКАВАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОА В ЗОНЕ ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ
В настоящее время в связи с ростом глубины отрабатываемых месторождений выявлена тенденция увеличения прочностных свойств вмещающих пород и ухудшение горнотехнических условий добычи в зоне глубоких горизонтов (рис. 1).
В целях преодоления негативных тенденций необходимо освоение ресурсосберегающих, экологически чистых технологий горного производства с использованием технических средств новых поколений.
При применении традиционных технологий, предусматриваемых использование механических лопат с лимитированным энергосиловым ресурсом, необходимо проведение буровзрывного рыхления, обеспечивающего формирование развала горной массы с коэффициентом разрыхления, в среднем составляющим кр=1,4-1,6 . При этом неизбежно увеличение ширины рабочих площадок, снижение директивного угла откоса рабочего борта, разу-боживание1 добываемого угля (рис. 2).
Высокая стоимость взрывчатых веществ, трудоемкость сопутствующих процессов приводят к тому, что доля затрат на буровзрывную подготовку горной массы в общей себестоимости в среднем достигает 25%. Разубоживание полезного ископаемого при взрывном
1Разубоживание (потери качест-
ва полезного ископаемого) -
снижение содержания полезного компонента в добытом полезном ископаемом по сравнению с содержанием их в массиве вследствие примешивания к нему пород или некондиционного полезного ископаемого.
рыхлении породоугольных массивов приводит к снижению его качественных показателей, исключая возможность селективной выемки маломощных угольных пластов.
Подготовка горных пород к экскавации с помощью взрыва также оказывает негативное влияние на окружающую природную среду. При взрывании количество выбрасываемой пыли достигает 20 грамм на 1 м3 взорванной горной массы, а выбросы вредных газов достигают 100 литров на каждый килограмм взорванного ВВ. В связи с этим возникает необходимость разработки и испытаний новых способов управления состоянием горного массива, позволяющих при-
менять технику цикличного и непрерывного действия в более широком диапазоне прочности отрабатываемых пород, без их взрывной подготовки или с существенно более низкими затратами на проведение БВР.
Использование взрывчатых веществ в технологии подготовки массивов горных пород к выемке влечет за собой заметное повышение эксплуатационных издержек, но не гарантирует достижения равномерного и качественного рыхления горной массы, адекватного энергосиловому ресурсу традиционных механических лопат типа ЭКГ и позволяющему снизить динамику рабочего процесса, увеличить наработку на отказ узлов и механизмов экскавационной техники, и повысить производительность выемочно-погрузочных и горнотранспортных работ.
Таким образом, традиционные технологии открытой угледобычи при эксплуатации сложноструктурных месторождений, представленных крепкими вмещающими породами характеризуются как экологически не вполне приемлемые, высокозатратные и не обеспечивающие полноту и качество выемки угля.
РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ ЭКСКАВАТОРА ЭГ-10М
Параметр Уел. обозн. Величина
Вместимость ковша (паспорт), м Е 8,5-11,0
Радиус черпания максимальный (паспорт), м R4 max 12,7
Радиус черпания на горизонте установки (паспорт), м R4V 12,0
Эффективный радиус черпания, м R3* 8,5-9,0
Высота черпания, соответствующая ^ф, м н2 10,0-11,0
Эффективная высота черпания (паспорт), м н,А 10,5
Минимальный радиус черпания, м R min 6,0
Максимальная высота черпания при ^.тіп, м Hmin 12,4
Эффективная глубина копания, м Ннч 2,5-3,0
Радиус черпания, соответствующий Ннч, м RH4 9,5
Максимальная высота подъема ковша (паспорт), м Нпк 12,0
Радиус вращения кузова (паспорт), м RK 5,1
Максимальный радиус разгрузки, м R max 10,5
Высота разгрузки, соответствующая ^ тах, м нР 3,2
Максимальная высота разгрузки, м Hd max 8,5
Радиус разгрузки, соответствующий Нр тах, м Rd 8,5
Рабочая масса с противовесом (паспорт),т G 170
Скорость передвижения по горизонту (паспорт), км/час V 2,12
Установленная мощность главных приводов (паспорт), кВт N 640-670
Расчетная продолжительность цикла при угле поворота 900, сек tu 20-22
осж, МПа
Н, м
Рис. 1. Характерные зависимости прочностных свойств асж преобладающих литотипов от глубины Н рабочей зоны (на примере Талдинского камеугольного месторождения): 1 -расчетный диапазон изменения коренных пород вскрышного массива участка «Южный» (Н<150 м); 2 и 3 -соответственно среднемаксимальное и средневзвешенные значения асж для наиболее прочных литологических разностей; 4 - расчетные значения асж коренных пород вскрышного массиваучастка «Южный»; 5 -
средневзвешенные значения асж для более слабых коренных пород участка «Южный»
Альтернативой традиционным тех-нико-технологичес-ким решениям по отработке сложно -структурных уголь -ных месторождений являются технологии открытой угледобычи с использованием мощной ресурсосберегающей экскавационной техники нового поколения типа “ЭГ-М”, где подготовка горных массивов к экскавации осуществляется комбинированным способом, предусматривающим опережающее физико-
химическое разупрочнение массивов
1с! 1
И
о о" 9 8 ь "А \ 1 \ с~—
\ \ \ д
со
\ \ \
/ \ \ ,
/ \— |. 5,, \ \
о 1 \ ,/ і і п
1, (А 'V'
) ’і 1- 1 Ї ^ ;л I
\\ ' ''У {((о' С=^ і ' С=)
'—■ ■-01 19 \ И 10 9 8 7 ь 5 4 \3 і о| Iі 8і 3і 4і 5і 6 В 9 10 11
у, и | о, и
1 ' П 1П,5
Рис. 4. Основные рабочие параметры экскаватора ЭГ -10М. Результаты построений, уточняющие и дополняющие известные рабочие параметры экскаваторов ЭГ-10М приведены в таблице
и последующее их взрывное рыхление с использованием ограниченного количества взрывчатых веществ (рис. 3). Для опережающего физико-химического разупрочнения массивов применяют слабоконцентрированные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ), содержащие различные добавки. В результате отработки массивов крепких горных пород водными растворами ПАВ достигается формирование смачивающих пленок, адсорбция2 молекул воды, неорганических и органических ионов на поверхности породы. Разупрочняющими растворами отрабатывается не весь массив, а только те удаленные зоны, которые в наименьшей степени подвергаются взрывному дроблению.
При взрывании на неубранную горную массу, как подпорную стенку, взорванная масса имеет компактную форму и равномерную высоту, в среднем превышающем высоту взрываемого уступа на 10-15%. Ширина подпорной стенки определяет величину развала взорванной горной массы. При определении ширины подпорной стенки учитываются физико-механические свойства взрываемых пород. Они предопределяют удельный расход ВВ, параметры сетки скважин и конструкцию заряда. В результате в породах высокой крепости, требующих высокого удельного расхода ВВ, ширина подпорной стенки, исключающая развал горной массы, будет больше, чем в породах низкой крепости, требующих невысокого удельного расхода ВВ. При этом величина развала зависит от прочности пород - чем выше прочность пород, тем меньше величина развала при одинаковой ширине подпорной стенки. При использовании комбинированного способа подготовки массивов крепких горных пород к экскавации для уменьшения величины развала требуется существенное уменьшение ширины подпорной стенки.
2Адсорбция-поверхностное поглощение-концентрирование вещества у поверхности раздела фаз жидкость-
твердое, жидкость-газ, происходящие под действием поверхностных сил адсорбента.
После разупрочнения этих зон производится взрывание зарядов ВВ. Волны напряжений от взрыва на некотором расстоянии от оси зарядов проходят по разу-прочненному массиву, вследствие чего увеличивается зона управляемого трещинообразова-ния и разрушение вокруг каждого из зарядов. Снижение прочности пород после воздействия ра-зупрочняющих растворов приводит к уменьшению энергии, требуемой для разрушения пород.
Дальнейшая отработка массива будет осуществляться с использованием техники новых поколений, а именно гидравличе-
ского экскаватора типа “ЭГ-10М” (рис. 4). Кинематические возможности этого экскаватора и реализуемые усилия позволяют разбирать сложноструктурные массивы горных пород и дают возможность проведения послойной отработки высоких уступов. При этом повышенный энергосиловой ресурс машин типа “ЭГ-10М”, превышающий примерно вдвое аналогичный показатель традиционных механических лопат, позволяет эффективно отрабатывать забои с коэффициентом разрыхления превышающим кр<1,2, тем самым минимизируя требуемую ширину
рабочих площадок, повышая директивный угол откоса рабочих бортов и сокращая площади земельных отводов, отчуждаемых под производство открытой угледобычи.
Поскольку энергия взрывного рыхления, затрачиваемая в технологиях нового поколения с использованием машин типа “ЭГ-10М”, примерно на 50% ниже по сравнению с традиционными технологиями, при этом представляется возможным практически исключить разубоживание
угольных пластов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Репин Н.Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород угольных разрезов - М.: Недра, 1978.
2. Штейнцайг В.М. Интенсификация открытых горных работ с применением мощных карьерных одноковшовых экскаваторов - М.: Наука, 1990.
3. Беляков Ю.И, Владимиров В.М. Совершенствование экскаваторных работ на карьерах - М.: Недра 1974.
4. Беляков Ю.И. Проектирование экскаваторных работ - М.: Недра, 1983.
5. Штейнцайг Р.М, Виденхуз Г.Ю, Рудольф В.Н, Крас-нянский Г.Л. Новые решения в технике и технологии (журнал).
6. Штейнцайг Р.М, Воронков Г.Я. Нетрадиционные, экологически чистые способы управления состоянием горного массива и разупрочнения пород - М.: Изд.ЦНИИТяжмаш, 1990.
7. Штейнцайг Р.М. Применение оборудования нового технического уровня с полной конвейеризацией на открытых горных работах - М.: Изд.ЦНИИТяжмаш, 1990.
8. Штейнцайг Р.М. Методика выбора рациональной технологии отработки забоя карьерным гидравлическим экскаватором (ИГД им. A.A. Скочинского) - М.: 1979.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------
9. Научные сообщения (выпуск 226) Интенсификация технологических процессов добычи угля открытым способом (ИГД им. A.A. Скочинского) - М.: 1984.
10. Реферативный сборник Одноковшовые экскаваторы с гидроприводом и область их применения - М.: 1982.
11. Резников Л.М. Интенсификация использования оборудования на открытых горных работах Кузбасса Кемеровское книжное издательство 1988.
12. Виницкий К.Е., Воронков Г.Я, Марцинкевич Г.И, Шендеров А.И, Штейнцайг Р.М. Технологические основы разупрочнения (ИГД им. A.A. Скочинского) - М.: 1995.
13. Горное дело: Терминологический словарь/Г.Д. Лидин, Л.Д. Воронина, Д.Р. Каплунов и др.-4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990.-694 с.: ил.
14. Журнал Горная Промышленность - М.:1/1998.
15. Патент РФ №2009322. Способ отработки уступов горных пород./Г.Я. Воронков и др.- Заявлено 15.03.94.
16. Патент РФ №2079657. Способ отработки уступов горных пород./К.Е. Винницкий и др. - Заявлено 20.05.97.
Болвинов A.A. - аспирант, Московский государственный горный университет.
Штейнцайг Р.М. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
© И.В. Саларлинов, Ю.Ю. Савельева, 2003
УАК 622:33
И.В. Саларлинов, Ю.Ю. Савельева ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ААЛЬНЕГО ВОСТОКА В УСЛОВИЯХ МОНОПОЛИЗАЦИИ РЫНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УГЛЕЙ
Угольная промышленность
Дальнего Востока является сырьевой базой энергетики, сориентирована на добычу энергетических, преимущественно бурых углей. Даже при ожидаемых структурных изменениях в балансе электропроизводства -уголь останется основным сырьем энергетики.
Доля электроэнергии, выраба-
