CC BY
21
УДК.622.271
РАЗУПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ УСТУПОВ ПРИ СЕЗОННОМ ПРОМЕРЗАНИИ ПОРОДЫ
А.Ю. Чебан, А.А. Соболев
Предлагается технологическая схема и оборудование для разупрочнения сезон-но промерзшей поверхности уступов путем нарезания щелей дискофрезерным рабочим оборудованием. На Дальнем Востоке глубина промерзания пород в феврале месяце достигает 2,5 м, что в ряде случаев затрудняет ведение горных работ. Данная технология позволит отказаться от ведения буровзрывных работ и снизить себестоимость добываемого полезного ископаемого.
Ключевые слова: технологии; полезные ископаемые; глубина промерзания; уголь; подготовка пород к выемке; экскаватор; фреза.
Российская Федерация обладает крупнейшими разведанными запасами различных полезных ископаемых. Минерально-сырьевой комплекс исключительно важен для поддержания устойчивого состояния экономики России, а в будущем может создать условия для успешного технологического развития базовых отраслей перерабатывающей промышленности [1]. В настоящее время важными направлениями развития горной отрасли является комплексное освоение минеральных ресурсов месторождений, повышение производительности труда путем внедрения прогрессивных технологий и снижение отрицательного экологического воздействия горных работ на окружающую среду [2-3].
На Дальнем Востоке России ведется добыча различных полезных ископаемых, в том числе драгоценных, черных и цветных металлов, бурого и каменного угля. Практически во всех субъектах Дальнего Востока осуществляется добыча угля, крупными угледобывающими регионами являются республика Саха-Якутия и Приморский край, значительные объемы угля добываются в Амурской области и Хабаровском крае [4-5]. Добыча угля ведется круглогодично, причем около 70 % угля обеспечивает открытая разработка месторождений [6].
Вскрышные породы многих дальневосточных карьеров (разрезов), например Райчихинского, Лучегорского, Ерковецкого угольных и ряда других представлены мелкозернистыми наносными породами (глинами, суглинками, супесями), которые при промерзании обладают относительно высокой прочностью и повышенным сопротивлением выемке, что приводит к значительным сложностям при разработке вскрыши в холодное время года. Даже в южных регионах Дальнего Востока (Амурская область, Хабаровский и Приморский край) длительность сезонного промерзания пород превышает 5... 6 месяцев, при этом глубина промерзания достигает 2,0113
2,5м, а иногда и более. Таким образом, продолжительная и холодная зима накладывает ограничения на ведение горных работ в Сибирских и Дальневосточных регионах России [7].
В ноябре месяце при небольшой глубине промерзания (до 0,5...0,7 м) карьерные экскаваторы, осуществляющие вскрышные работы, достаточно успешно «взламывают» промерзший откос непосредственно рабочим оборудованием, однако при этом на агрегаты и металлоконструкцию экскаватора воздействуют значительные динамические нагрузки, что может привести к поломке, особенно в условиях низких температур. Кроме того, из-за больших размеров ковша из массива отрываются негабаритные куски мерзлой породы, последующее разрушение которых вызывает значительное снижение производительности карьерных экскаваторов.
В связи с выше перечисленным, начиная с декабря месяца при глубине промерзания более 0,7 м, подготовка вскрышных пород к выемке ведется с применением буровзрывного способа. Ведение буровзрывных работ значительно повышает себестоимость добычи полезного ископаемого, ведет к простоям выемочной техники и оказывает отрицательное влияние на окружающую среду, а также имеет ряд других недостатков. С целью исключения буровзрывных работ из технологического процесса добычи продолжают разрабатываться новые и совершенствоваться известные технологии механического разупрочнения сезонно мерзлых пород.
Известна технология разупрочнения промерзших на небольшую глубину уступов с применением строительных экскаваторов типа «обратная лопата», оборудованных ковшами с рыхлящими зубьями на днище или дополнительными выдвижными зубьями [8-9], применение данной технологии исключает выход негабаритных кусков мерзлой породы при разработке вскрышного уступа карьерным экскаватором и снижает динамические нагрузки на его конструкцию. При увеличении глубины промерзания более 0,7 м данный тип оборудования становится малоэффективным.
Промерзший на более значительную глубину слой рабочей площадки уступа можно эффективно разрушать с помощью рыхлителей на базе тяжелых гусеничных тракторов, однако данные машины не могут обеспечить разупрочнение наклонной поверхности уступа.
Известна технологическая схема разупрочнения промерзших уступов на угольном разрезе с применением бурового станка и роторного траншейного экскаватора [10]. Так при максимальной глубине промерзания пород в феврале-марте равной 2,0-2,5 м буровым станком обеспечивается бурение скважин параллельных откосу уступа (под углом примерно 700) по 3-4 скважины в ряд на всю высоту уступа с оставлением между скважинами промежутков мерзлоты, которые ковш карьерного экскаватора может выломать. Расстояние между рядами скважин принимается исходя их геометрических размеров ковша карьерного экскаватора. После работы
бурового станка роторным траншейным экскаватором ЭТР-254 на рабочей площадке уступа осуществляется копание продольных траншей шириной 1,2 м на глубину промерзания с перемычками в 1 м, с одновременной засыпкой траншей вынутой горной массой для предохранения массива от дальнейшего промерзания. Таким образом, подготавливается к выемке участок уступа длинной примерно равной сменной производительности карьерного экскаватора. К недостаткам данной технологической схемы можно отнести оставление в промерзшем откосе уступа промежутков между скважинами, в процессе разрушения которых в металлоконструкции карьерного экскаватора будут возникать значительные перегрузки, что может привести к его поломке; ослабление рабочей площадки уступа траншеями шириной 1,2 м нецелесообразно, так как это ведет к ненужному переизмельчению большого количества горной массы, а, следовательно, повышению энергоемкости работ.
Для устранения вышеперечисленных недостатков авторами предлагается технологическая схема разупрочнения уступов 1 при сезонном промерзании пород и конструкция дискофрезерного рабочего оборудования 2 экскаватора 3 (рисунок).
Поскольку ширина прорезаемой дискофрезерным оборудованием щели составляет всего 0,10...0,15 м, что на порядок меньше, чем у траншейного экскаватора, затраты мощности на привод фрезы будут относительно невелики и мощности двигателя экскаватора будет достаточно для одновременного привода двух фрез.
Рабочее оборудование экскаватора включает телескопическую стрелу 4, с коренной 5 и выдвижными 6, 7 секциями. К торцу выдвижной секции 7 крепится направляющая 8. На направляющей 8 симметрично продольной оси телескопической стрелы 4 подвижно установлены рамы 9, 10. Фрезы 11, 12 установлены соответственно на рамах 9, 10 с внецентрен-ным зацеплением 13, что обеспечивает значительную глубину прорезаемых щелей при относительно небольшом диаметре фрез (для дискофре-зерных рабочих органов с внецентренным зацеплением глубина прорезаемой щели определяется по зависимости Н=(0,65...0,67)В, где Б - диаметр фрезы). Управление рабочим оборудованием осуществляется с помощью гидроцилиндров поворота 14 и выдвижения 15 стрелы 4, гидроцилиндра раздвижения 16 рам 9, 10, гидромеханизмов вращения 17, 18 фрез. Рабочее оборудование экскаватора обеспечивает одновременное нарезание двух щелей, расстояние - Ь между которыми обеспечивается гидроцилиндром раздвижения 16 рам 9, 10 фрез. Расстояние между щелями принимается с учетом геометрических размеров ковша 19 карьерного экскаватора 20. Глубина щелей - Н принимается равной глубине промерзания уступа - В.
Схема разупрочнения сезонно промерзших поверхностей уступа экскаватором с дискофрезерным рабочим оборудованием
Разупрочнение промерзших поверхностей уступа 1 при подготовке блока к выемке осуществляется следующим образом. Первоначально производится разупрочнение откоса 21 уступа 1 путем нарезания сверху вниз наклонных щелей 22.
Для этого телескопическая стрела 4 гидроцилиндром 14 поднимается в рабочее положение, включаются гидромеханизмы 17, 18 вращения фрез 11, 12, рабочее оборудование входит в контакт с породой, напор обеспечивается гидроцилиндром выдвижения 15 стрелы. После нарезки двух наклонных щелей 22 экскаватор 2 смещается вдоль уступа 1 на расстояние 2Ь к месту нарезания новых щелей. Количество щелей зависит от
длины блока уступа, разрабатываемого карьерным экскаватором 20 за смену.
После нарезания наклонных щелей 22 экскаватором 2 с дискофре-зерным оборудованием 3 на рабочей площадке 23 уступа 1 нарезаются горизонтальные щели 24. В результате разупрочнения промерзших поверхностей уступа за счет нарезания щелей появляется возможность разработки вскрышных пород карьерным экскаватором.
Применение предлагаемой технологии подготовки сезонно мерзлых пород к выемке позволит отказаться от проведения буровзрывных работ, снизить себестоимость добычи полезного ископаемого, исключить динамические перегрузки агрегатов и элементов металлоконструкции карьерного экскаватора, что положительно скажется на долговечности работы экскаватора, а также ограничить выход негабаритных кусков мерзлой породы.
Список литературы
1. Ефимов В.И., Федорова Е.А., Никулин И.Б. Перспективы экономически эффективной добычи угля в России // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. №2. С. 90-100.
2. Захаров Е.И. Перспективы рационального использования подмосковных бурых углей // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. №2. С. 66-74.
3. Москаленко Т.В., Ворсина Е.В. Управление отходами горной промышленности как элемент устойчивого развития республики Саха (Якутия) // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. №10. С. 98-102.
4. Чебан А.Ю., Хрунина Н.П. Техника и технологии разработки угольных разрезов Приамурья и перспективы их развития // Маркшейдерия и недропользование. 2015. №1.
5. Гаврилов В. Л., Ермаков С. А., Хосоев Д.В. Оценка состояния открытой разработки угольных месторождений Центральной и Северной
Якутии // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010. №11. С. 29-36.
6. Чебан А.Ю. Выемочная техника, задействованная на угольных разрезах в южной части Дальневосточного региона // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2013. №3. С. 81-84.
7. Кисляков В.Е., Нафиков Р.З. Параметры изолирующей конструкции при дражной разработке в условиях отрицательных температур // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. №2. С.95-101.
8. Шемякин С.А, Домнин Ю.В., Крадинов И.С. Ковши одноковшовых гидравлических экскаваторов для разработки мерзлого грунта // Строительные и дорожные машины. 1982. №8. С. 4-6.
9. Шемякин С.А., Матвеев Д.Н., Чебан А.Ю. Экскаватор одноковшовый с рабочим органом двухцелевого назначения // Горное оборудование и электромеханика. 2015. №3. С. 15-19.
10. Мамаев Ю.А., Шемякин С.А. Безвзрывная технология вскрышных работ в зимний период // Горный журнал. 2001. №8. С. 24-26.
Чебан Антон Юрьевич, канд. техн. наук, доц., ст. науч. сотрудник, chehanay@ mail.rH, Россия, Хабаровск, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук,
Соболев Алексей Анатольевич, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, [email protected], Россия, Хабаровск, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук
WEAKENING SURFACE LAYER SHOULDER AT SEASONAL FREEZING BREED
A.Yh. Chehan, A.A. Soholev
In the article the process flowsheet and equipment for softening the seasonally frozen surface of the ledges hy cutting slits rotary milling work equipment. In the Far East, the depth of freezing rocks in Fehruary reaches 2.5 m, which in some cases makes it difficult to conduct mining operations. This technology will allow to refuse from conducting drilling and hlasting operations and reduce the cost of extracted minerals.
Key words: technology; minerals; freezing depth; coal; preparation of rocks to the recess; excavator; mill.
Chehan Anton Yuryevich, candidate of technical science, docent, senior researcher, chehanaY a mail.ru, Russia, Khaharovsk, Institute of Mining of Far East Branch of the Russian Academy of Sciences,
Soholev Alexey Anatolevich, candidate of technical science, senior researcher, alexsohol a mail.ru, Russia, Khaharovsk, Institute of Mining of Far East Branch of the Russian Academy of Sciences
Reference
1. Efimov V.I., Fedorova E.A., Nikulin I.B. Perspektivy jeko-nomicheski jeffektivnoj dobychi uglja v Rossii. Izvestija Tul'skogo gos-udarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2015. №2. S. 90-100.
2. Zaharov E.I. Perspektivy racional'nogo ispol'zovanija pod-moskovnyh buryh uglej. Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo univer-siteta. Nauki o Zemle. 2015. №2. S. 66-74.
3. Moskalenko T.V., Vorsina E.V. Upravlenie othodami gornoj promyshlennosti kak jelement ustojchivogo razvitija respubliki Saha (Jakutija). Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universi-teta. 2014. №10. S. 98-102.
4. Cheban A.Ju., Hrunina N.P. Tehnika i tehnologii razrabotki ugol'nyh raz-rezov Priamur'ja i perspektivy ih razvitija // Markshej-derija i nedropol'zovanie. 2015. №1.
5. Gavrilov V.L., Ermakov S.A., Hosoev D.V. Ocenka sostojanija otkrytoj razrabotki ugol'nyh mestorozhdenij Central'noj i Sever-noj Jakutii // Gornyj infor-macionno-analiticheskij bjulleten'. 2010. №11. S. 29-36.
6. Cheban A.Ju. Vyemochnaja tehnika, zadejstvovannaja na ugol'nyh razrezah v juzhnoj chasti Dal'nevostochnogo regiona. Vestnik Tihookean-skogo gosudarstvennogo universiteta. 2013. №3. S. 81-84.
7. Kisljakov V.E., Nafikov R.Z. Parametry izolirujushhej kon-strukcii pri drazhnoj razrabotke v uslovijah otricatel'nyh tempera-tur. Izvestija Tul'skogo gosu-darstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2016. №2. S.95-101.
8. Shemjakin S.A, Domnin Ju.V., Kradinov I.S. Kovshi odnokov-shovyh gidrav-licheskih jekskavatorov dlja razrabotki merzlogo grunta. Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. 1982. №8. S. 4-6.
9. Shemjakin S.A., Matveev D.N., Cheban A.Ju. Jekskavator odno-kovshovyj s ra-bochim organom dvuhcelevogo naznachenija. Gornoe oboru-dovanie i jelektromehanika. 2015. №3. S. 15-19.
10. Mamaev Ju.A., Shemjakin S.A. Bezvzryvnaja tehnologija vskryshnyh rabot v zimnij period. Gornyj zhurnal. 2001. №8. S. 24-26.
