CC BY
65
СЕМИНАР 14
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© В.Л. Яковлев, 2001
УДК 622.271
В.Л. Яковлев
РАЗВИТИЕ ИДЕЙ Е.Ф. ШЕШКО ПО ТЕОРИИ ВСКРЫТИЯ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ
Т
еория открытых горных работ сравнительно молода, одним из ее основоположников по праву считается профессор Шешко Евгений Фомич. Капитальный научный труд которого «Основы теории вскрытия карьерных полей» на многие годы предопределил направление исследований и проектирования горных разработок [1].
Наибольший вклад Е.Ф. Шешко внес в изложение научных основ вскрытия карьерных полей, одной из основных проблем открытых горных работ. Его определение вскрытия месторождения, как «.. .установление грузотранспортной связи между горизонтами его разработки и техническими сооружениями на поверхности и в карьере», выдержало проверку временем и практика открытой разработки, особенно глубо-козалегающих месторождений, подтвердила определяющую роль карьерного транспорта в обеспечении больших масштабов открытых горных разработок, интенсивности развития горных работ и в целом их экономичности.
Особенно ценными является его идеи относительно условий применения, оценки достоинств и недостатков внешних и внутренних капитальных травышей в условиях недостаточной изученности инженер-но-геоло-гических характеристик слагающих месторождение горных пород, когда конечные контуры карьера не могут быть определены с достаточной достоверностью. Его идея о применении скользящих съездов при железнодорожном карь-
ерном транспорте, блестяще развитая выдающимся ученым академиком В.В. Ржевским, нашла широкое применение в теории и практике открытых горных разработок.
Применение на карьерах до начала 60-х годов XX столетия в основном железнодорожного транспорта делало неизбежным использование скользящих съездах, что позволяло формировать вскрытие новых горизонтов, но вследствие необходимости их периодического переноса снижало темп подвигания фронта работ, а также усложняло производство буровзрывных работ в переменной по высоте части разрезаемых скользящим съездом уступов.
Е.Ф. Шешко сформировал сущность задачи вскрытия месторождений, предложил схемы разделения карьерного поля на отдельные фронты работ и их обеспечения транспортными выходами, форму и места заложения капитальных и внутренних траншей, методы расчетов потребного подвижного состава и экскаваторов в зависимости от грузооборота и режима погрузочно -транспортных работ, исследована связь способа вскрытия с системой разработки и глубиной карьера, таким образом заложил основы комплексного системного подхода к решению основных задач по определению параметров горных работ при открытой разработке месторождений.
Результаты научных исследований по отмеченным вопросам нашли отражение и дальнейшее развитие в учебном пособии для студентов горных вузов [2].
Уже в 50-е годы, когда глубина действующих карьеров была относительно невелика, а большинства крупных рудных и угольных карьеров еще не были запроектированы, Е.Ф. Шешко привел исследования влияния роста глубины карьеров на показатели работы, в частности, железнодорожного транспорта [3].
Он полагал, что с возрастанием глубины длительность рейса состава увеличивается медленно и возрастающую потребность в подвижном составе можно удовлетворить двумя путями: путем увеличения числа локомативосоставов без увеличения весовой нормы и мощности локомотивов при наличии резерва пропускной способности транспортных коммуникаций или путем увеличения весовой нормы составов и применении более мощных локомотивов.
Проблеме вскрытия месторождений, в том числе проектированию и эксплуатации глубоких карьеров, вопросам транспортирования горной массы посвящены научные труды многих ученых -горняков, к числу наиболее выдающихся из которых следует отнести академиков Н.В. Мельникова и В.В. Ржевского, член-корр. АН СССР А.О. Спиваковско-го, профессоров И.В. Васильева, М.Г. Новожилова, А.С. Фиделева, М.Г. Потапова и др.[4].
В рекомендациях ученых и проектах карьеров большой глубины и производительности, начиная с конца 50-х годов XX столетия, четко прослеживались две доминирующие и, в значительной степени, противоположные тенденции в выборов способов вскрытия: а) на основе внутрикарьерного железнодорожного транспорта; б) на основе автомобильного транспорта с последующим использованием его в качестве сборочного в схемах комбинированного, в основном автомобильноконвейерного транспорта. В работе [5] проф. М.В. Васильев впервые выделил зоны рационального применения различных видов карьерного транспорта в зависимости от глубины и производительности карьера.
При разработке глубоких карьеров большой производительности до глубины 150 м рекомендовались ис-
пользовать автотранспорт гузоподъ-емностью 70-100 т, а глубже -сборочный автотранспорт в сочетании со скиповыми и конвейерными подъемниками. Железнодорожный транспорт считалось рациональным использовать лишь до глубины 150 м, в интервалах глубин 150-250 м его целесообразно использовать в комбинации с автотранспортом, а с глубин 250 м рекомендовалось повсеместно применение конвейерных и скипового подъема.
Опыт эксплуатации многих рудных карьеров России и стран СНГ показал, что требуются принципиально новые подходы к выбору схем вскрытия и формированию транспортных систем глубоких карьеров. Многолетние всесторонние исследования этой проблемы в ИГД МЧМ СССР [6-9] позволили выработать методические подходы к выбору видов транспорта и схем вскрытия различных по глубине зон горных работ в глубоких карьерах, а также выработать рекомендации по ряду крупных железорудных и асбестовых карьеров.
Заземление темпов роста, а затем и снижение объемов добычи руды на большинстве крупных карьеров, систематическое отставание в производстве объемов вскрышных работ, снижение технико-экономических показателей, связанное с некомпенсируемым техническим прогрессом ухудшением горнотехнических условий разработки месторождений с ростом глубины карьеров - все это позволяет сделать вывод о том, что предусмотренные в проектах и, тем более, сформировавшиеся в процессе эксплуатации транспортные системы карьеров в большинстве случаев отстали в своем развитии, не обеспечивают рациональных условий эксплуатации отдельных видов транспорта и не отвечают масштабам и условиям ведения горных работ в глубоких железорудных карьерах уже на современном этапе их развития, а тем более на перспективу. Этот важный, принципиальный вывод подтверждается следующими фактами:
1. Из 21 карьера большой глубины и производительности 13 не дос-
тигли проектного уровня добычи руды и практически все карьеры имеют значительное отставание по вскрышным работам.
2. Несмотря на относительно небольшую пока в сравнении с конечной глубину карьеров железнодорожный транспорт в своем развитии существенно отстает от темпов понижения горных работ: так, только на ГОКе железнодорожные пути введены до дна карьера, на Сарбай-ском - на 87,5 % его глубины, а на таких карьерах, как Полтавский, Ингулецкий, Коршуновский, карьеры ЦГОКам; НКГОКа и др. - менее 50 % общей их глубины, несмотря на значительные пространственные размеры.
3. Велиа доля комбинированного автомобильно-желез-нодорожного транспорта, достигающая на ряде карьеров (Коршуновский, Первомайский, Полтавский, карьеры НКГОКа, ЦГОКа и др.) 50 % и более, что связано, во-первых, с большим объемами вторичных перевозок, во-вторых, требует создания большого числа значительных по размерам площадок, задалживания на них дополнительных экскаваторов и т. п.
4. Высота подъема горной массы автосамосвалами только в карьерах, не считая отвалов и профиля автодорог на поверхности, достигает на таких карьерах, как Соколовский, Сарбайский, карьеры ЦГОКа, НКГОКа, Ковдорский, Стойленский, Лебединский, Ингулецкий, Первомайский с нижних горизонтов на 120-160 м, а на некоторых и более, хотя рациональное ее значение находится в пределах 60-80, до 100 м.
5. На большинстве карьеров с железнодорожным транспортом, исключая карьеры ЮГОКа и ССГОКа путевое развитие недостаточно, внешних траншей почти нет, траншеи внутреннего заложения ограничены по длине, имеют малые уклоны, внутрикарьерные съезды и даже станции, расположены на рабочих бортах, препятствуя нормальному подвиганию фронта горных работ и создавая помехи в работе в периоды их вынужденного переноса. Опыт самого глубокого Корпинского угольного карьера свидетельствует о больших возможностях железнодо-
рожного транспорта. За счет применения в нижней зоне уклонов 60 0/00 удалось опустить жел. др. пути на глубину 470 м.
6. Производительность транспортных средств имеет на различных карьерах существенные колебания и при общей тенденции к росту на ряде карьеров остается низкой.
7. Применение цикличнопоточной технологии на основе автомобильно-конвейерного транспорта в определенной мере способствовало интенсификации работ в нижней зоне карьеров, однако, во-первых, из-за ограниченных пока масштабов ЦПТ, во-вторых, вследствие не всегда удачных технических решений по выбору объектов применения и места расположения конвейерных подъемников, существенного влияния на улучшение условий вскрытия и отработки глубоких горизонтов карьеров не ощущается.
Возникает вопрос: каковы же причины сложившегося положения, что разработка глубоких карьеров связана с таким обилием негативных явлений, разве ухудшение горно-технических условий с глубиной явилось неожиданным? Более того, идет непрерывный процесс совершенствования горных и транспортных машин, на карьеры поставляется оборудование все большей единичной мощности и грузоподъемности, однако ожидаемого роста показателей его эксплуатации не происходит.
За истекшие годы в научных публикациях, пояснительных записках и проектам, в технических отчетах предприятий стереотипными стали объяснения причин отставания в освоении проектных техникоэкономических показателей, невыполнения плановых заданий по объемам производства, росту производительности труда и низких показателей использования оборудования:
• уменьшение размеров рабочих площадок, снижение величины готовых к выемке запасов, отставание вскрышных работ;
• неудовлетворительная работа карьерного транспорта;
• недостаточное развитие ремонтной базы и недостаток запасных частей и т. п.
И хотя в этих утверждениях есть доля истины, эти недостатки сами являются следствием других, более глубоких причин. Они кроются в общей недооценке важности выбора долгосрочной оптимальной стратегии разработки месторождений на больших глубинах, в том числе решения одной из коренных проблем разработки карьеров - проблем вскрытия глубоких горизонтов.
Если абстрагироваться от вопросов субъективного характера, таких, как уровень инженерно-
технического руководства и общей организации производства на отдельных предприятиях, состояние на них основных производственных фондов, степень развитости инфраструктуры и т. п., то можно выделить следующие причины сложившегося достаточно тяжелого положения на карьерах, имеющие достаточно общий характер и связанные с учетом общих закономерностей открытой разработки месторождений на больших глубинах.
Одной из основных, а, возможно, и главной причиной явилось отсутствие в период принятия принципиальных решений о будущем развитии глубоких карьеров (50-е и 60-е годы) опыта их проектирования и эксплуатации, а также научнообоснованных закономерностей формирования рабочей зоны карьеров, вскрытия глубоких горизонтов, изменения технико-экономических показателей основных процессов горных работ, рациональных условий применения отдельных видов транспорта и т.д.
К настоящему времени, когда отдельные карьеры достигли глубины 300-350 м, многие из них претерпели не одну реконструкцию, на них не один раз обновился парк основного горного и транспортного оборудования, и накоплен огромный опыт исследований, проектирования и эксплуатации глубоких карьеров можно сделать определенные выводы об общих закономерностях разработки месторождений открытым способом и разработать научно-обоснованные рекомендации по дальнейшей стратегии развития глубоких карьеров, в том числе решения одного из главных во-
просов - стратегии формирования их транспортных систем.
Так, более чем 40-летний опыт исследований, проектирования и эксплуатации глубоких карьеров позволяет выделить следующие причины сложившегося на них достаточно тяжелого положения.
1. Неоднократный пересмотр конечной глубины карьеров, связанный, естественно, с изменением контуров карьеров как по поверхности, так в положениях всех или значительной части бортов по всей глубине карьера. Близка по последствиям и другая причина - поэтапная разработка месторождений.
Как и вынужденное из-за пересмотра конечной глубины изменение контуров карьеров, так и выделение промежуточных контуров при поэтапной разработке имеют как позитивные, так и негативные последствия.
К позитивным относятся:
• возможность сокращения в первый период разработки месторождений объемов горно-капитальных и вскрышных работ;
• ускоренный ввод карьера в эксплуатацию;
• меньшая протяженность транспортных коммуникаций и сокращение расстояний перевозок в первые годы эксплуатации.
Однако, эти преимущества поэтапной разработки носят, во-первых, сравнительно недолгосрочный характер, во-вторых, сопряжены и в большинстве случаев существенно перекрываются долговременными негативными факторами:
• искусственное сокращение фронта горных работ приводит к необходимости их интенсификации, сокращению ширины рабочих площадок, временной консервации части рабочей зоны карьера для расположения на ней вскрывающих выработок и транспортных коммуникаций;
• при переходе от одного контура карьера к другому возникает необходимость ликвидации практически всей сложившейся при эксплуатации I очереди (предыдущего этапа разработки) карьера схемы вскрытия и транспортной системы, их переустройства в новых контурах в условиях действующего предпри-
ятия, что весьма и весьма затруднительно в организационном плане и накладно в экономическом.
2. Недостаточно всесторонний учет достоинств и недостатков отдельных видов карьерного транспорта и не совсем верная стратегия долгосрочной перспективы их развития и связанное с этим распределение между ними объемов перевозок, а именно:
• недооценка возможностей и перспективности применения, в том числе в карьерах большой глубины и производительности, железнодорожного транспорта, его недостаточное как по объемам перевозок, так и по зонам применения в карьерах развитие;
• эксплуатация автомобильного транспорта в неоптимальных для него горно -техни-ческих условиях, при значительных расстояниях транспортирования (до 3-4 км вместо 1,5-2 км) и большой высоте подъема горной массы (до 150-200 м при рациональной 80-100 м);
• слишком оптимистические прогнозы, связанные с применением конвейерного транспорта при разработке скальных пород и руд сначала в виде подъемников в схемах циклично-поточной технологии, а, затем, и в качестве забойного транспорта в комплексе с самоходными дробильными агрегатами.
3. Наибольшие недостатки с да-
леко идущими последствиями в вопросах формирования транспортных систем карьеров связаны все-таки с развитием железнодорожного
транспорта:
• почти полностью отсутствуют на карьерах глубокие внешние траншеи, обеспечивающие прямые стационарные заезды на рабочие горизонты верхней зоны карьеров;
• на многих карьерах, в частности на карьерах Кривобасса, КМА, Полтавском и ряде других внутрикарьерное путевое развитие имеет подчиненное по отношению и автомобильным съездам развитие, зачастую станции и съезды располагаются на временных площадках, в зоне интенсивного подвигания фронта горных работ, слишком велика доля временных путей, съезды на глубокие горизонты имеют мно-
гократные изменения направления движения и т.д.;
4. Закладываемые в проектах реконструкции темпы развития транспортных систем карьеров на практике не выдерживаются, так как в условиях действующего предприятия без снижения производственной мощности невозможно осуществить перестройку транспортных коммуникаций.
5. Практически отсутствует и только начинает формироваться в последние годы теория поэтапной разработки глубоких карьеров, отсутствуют научно-обоснованные рекомендации по оптимальной продолжительности отдельных этапов, последовательности развития и освоения производственных мощностей, обоснованию выбытия мощностей с понижением горных работ, закономерностям изменения техни-ко-экономи-ческих показателей различных видов транспорта с ростом глубины карьеров и т.д.
В этих условиях на первый план выдвигаются задачи разработки общей стратегии разработки глубоких карьеров, обоснования закономерностей формирования их транспортных систем, установления рациональных сфер применения различных видов транспорта в изме-
няющихся условиях разработки месторождений с учетом закономерностей технического прогресса в развитии горно-транспортной техники и совершенствования технологии открытых горных разработок.
Основные положения общей стратегии формирования схем вскрытия и транспортных систем глубоких карьеров сводятся к следующему:
1. Ни один из видов карьерного транспорта не имеет совокупности технических, технологических и экономических достоинств, которые позволили бы утверждать, что с его использованием без помощи других видов транспорта можно вскрывать и отрабатывать карьеры большой глубины: одновременное или последовательное применение двух и более видов транспорта в самостоятельном или комбинированном использовании является объективно неизбежным.
2. Как при проектировании нового глубокого карьера, так и при его реконструкция в процессе эксплуатации схема вскрытия и транспортная система для всех этапов разработки должны рассматриваться и приниматься с учетом их формирования до конца разработки месторождения, в том числе с учетом воз-
можного перехода на открыто- подземной и подземный способы разработки.
3. Последовательность формирования схемы вскрытия и транспортной системы должны увязываться с общей закономерностью развития горных работ, порядком разработки месторождения, формированием рабочей зоны и грузопотоков руды и вскрытии в течении всего срока службы карьера.
4. При разработке глубоких карьеров неизбежен периодический перенос системы вскрывающих выработок и транспортных коммуникаций, однако он должен осуществляться таким образом, чтобы в любой момент времени была возможность обеспечения грузопотоков горной массы со всех горизонтов рабочей зоны карьеров. Иными словами, по мере развития горных работ к моменту ликвидации действующей системы вскрывающих выработок, съездов, подъемников, попадающих в зону разноса борта, должна быть сформирована другая система транспортных коммуникаций, способных обеспечить нормальную работу карьера в период реконструкции его транспортной системы без снижения производственной мощности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шешко Е.Ф. Основы теории вскрытия карьерных полей. - М. - Л.: Углетехиздат, 1953. - 215 с.
2. Шешко Е.Ф., Ржевский В.В. Основы проектирования карьеров. - М.: Углетехиздат, 1958. - 335 с.
3. Шешко Е.Ф. Транспорт в глубоких карьерах // Уголь. - 1952. - № 8. - С.36-39.
4. Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Ч.2. Технология и комплексная механизация открытых разработок / Новожилов М.Г., Хохряков В.С., Пчелкин Г.Д., Эскин В.С. - М.: Недра, 1971. - 552 с.
5. Васильев М.В. О рациональных зонах и границах применения различных видов карьерного транспорта // Горн. журн. - 1962. -№ 3. - С. 52-57.
6. Васильев М.В., Яковлев В.Л. К обоснованию применения комбинированного транспорта для вскрытия и подготовки новых горизонтов карьеров // Труды./ ИГД Минчер-мета СССР. - Свердловск, 1964.-Вып.9 - С. 81-88.
7. Яковлев В.Л. Комбинированный автомобильножелезнодорожный транспорт. // Труды / ИГД Минчермета СССР.- Свердловск, 1968. - Вып.19. - С. 269-352.
8. Васильев М.В., Яковлев В.Л. Научные основы проектирования карьерного транспорта / Под.ред. Н.В.Мельникова. - М.: Наука, 1972. - 202 с.
9. Яковлев В.Л. Теория и практика выбора транспорта глубоких карьеров. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. - 240 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------
,_____________________________________________________________________________Q Сц
Яковлев В.Л. - чл.-корр. РАН, Институт горного дела Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург.
5
