CC BY
26
© А.Н. Акишсв, С.Л. Бабаскин,
A.A. Кожемякин, Р.В. Никитин, 2013
УДК 622.271.33+622.684
А.Н. Акишев, С.Л. Бабаскин, А.А. Кожемякин, Р.В. Никтин
РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОХОДКИ И ФОРМИРОВАНИЯ НА КАРЬЕРЕ ТРАНСПОРТНЫХ СЪЕЗДОВ КРУТОГО УКЛОНА
Применение транспортных съездов и предохранительных берм крутого уклона, в связи со сложностью горнотехнических условий, требует специальной технологии проходки. Разработана технология, позволяющая вести проходку таких участков с использованием карьерных экскаваторов и самосвалов с шарнирно-сочлененной рамой.
Ключевые слова: вскрытие, транспортная берма, предохранительная берма, крутой уклон, самосвал с шарнирно-сочлененной рамой, проходка съезда, временный съезд, однополосное движение.
У~3 последние годы институтом «Якутнипроалмаз» ведутся активные исследования в области применения крутонаклонных схем вскрытия. С 2005 г. выпущен ряд научно-исследовательских работ обосновывающих применение крутонаклонных транспортных съездов и крутонаклонных предохранительных берм при отработке нижней части ким-берлитовых карьеров. По результатам работ подан ряд заявок на изобретения, получено несколько патентов [1, 2, 3]. Первоначально основное направление исследований было направлено на использование сверхкрутых уклонов транспортных съездов — более 300 %о, а в качестве карьерного транспорта рассматривался гусеничный самосвал (ГС) [4]. Однако применение подобных машин затруднено отсутствием ГС грузоподъемностью более 15—20 т, кроме того, для эксплуатации карьера со съездами с уклонами более 300% требуется
парк вспомогательной техники, преодолевающей подобные уклоны. В связи с этим, внедрение крутонаклонных съездов при проектировании карьеров ведется поэтапно. В настоящее время разработана конструкция, согласо-ваны параметры и условия безопасной эксплуатации крутонаклонных транспортных съездов с уклонами до 250 % [5]. В качестве транс-портного средства на подобных уклонах планируется применять полноприводные самосвалы с колесной формулой 6*6 и шарнирно-сочлененной рамой (ШСС), грузоподъемностью 38 т. На предохранительных бермах, где не планируется движение колесного транспорта величина уклона наклонных участков ограничивается техническими характеристиками оборудования, предназначенного для их зачистки.
Одной из проблем при строительстве крутонаклонных берм является отсутствие опыта формирования по-
добных сооружений в карьерах и высокие технологические требования к уклону площадок для работы вы-емочно-погрузочных машин. Для погрузки ШСС грузоподъемностью 38 т наиболее приемлемыми являются погрузочные средства с емкостью ковшей 4—8 м . Технические характеристики применяемых в настоящее время погрузочных средств не позволяют производить их эксплуатировать на участках с уклонами более пяти градусов (87,5 %о). Попытка выбора подходящих по производительности выемочно-погрузочных средств из существующего ряда оборудования, способных работать на таких уклонах результатов не дал. Впрочем, в некоторых публикациях была обнаружена информация о возможности работы отдельных экскаваторов на уклонах до 15 градусов [6], однако обращение к официальным дилерам, указанных в статье фирм, дали отрицательный результат. Производители гарантировали перемещение экскаваторов на уклонах до 30 градусов, при этом допускали лишь теоретическую возможность осуществления выемочно-погрузоч-ных работ на уклонах более 5 градусов. Никаких гарантийных обязательств о надежности и устойчивости экскаваторов на таких уклонах фирма дать не смогла.
Таким образом, при реализации разработанных способов отработки карьеров с применением крутонаклонных съездов предстоит преодолеть ряд технологических трудностей. Для решения этих задач институтом Якутнипроалмаз ведутся исследовательские работы, в результате которых в 2009 было разработано несколько способов проходки
крутых траншей с применением карьерных экскаваторов, по одному из которых подана заявка на изобретение.
По направлению проходки сооружение транспортных съездов можно разделить на две группы:
• проходка сверху — вниз;
• проходка снизу — вверх.
По способу удаления горной массы формирование съездов также разделяется на две группы:
• погрузка в транспортные средства;
• перевалка на нижележащие горизонты.
В качестве базового варианта была разработана технология сооружения крутонаклонного съезда для условий проходки сверху - вниз с погрузкой в шарнирно-сочлененный самосвал. В качестве погрузочного средства предусматривается применение гидравлического экскаватора или мех. лопаты с ковшом типа прямая лопата, подготовка горной массы к выемке осуществляется буровзрывным методом.
В общем виде разработанная технология проходки крутых съездов представляется следующим образом:
На первом этапе (рис. 1) вскрытие горизонта осуществляется проходкой наклонной траншеи 2 с продольным уклоном 80 % , при этом ширину траншеи понизу со стороны борта карьера увеличивают на ширину однополосного движения, используемого в качестве временного выезда на период оформления крутонаклонного транспортного съезда 1. Наклонную траншею 2 проходят по предварительно взорванному до подошвы наклонной траншеи массиву. Взорванную горную массу отгружают экскаватором 3 в автосамосвалы (ШСС) 4.
Ж 6'
Рис. 1. Проходка крутонаклонного съезда. Первый этап
Рис. 2. Проходка крутонаклонного съезда. Погашение части временного съезда
Рис. 3. Проходка крутонаклонного съезда. Полное погашение временного съезда
По достижению подошвы горизонта наклонная траншея переходит в горизонтальную площадку 5, достаточную для разворота экскаватора и автосамосвалов. Оставшаяся горная масса, заключенная между подошвой наклонной траншеи и подошвой крутонаклонного съезда делится на две клиновидные заходки — нижнюю 6 и верхнюю 7.
Затем обратным ходом экскаватора 3производится срабатывание борта наклонной траншеи и формирование временного борта низовой части наклонного съезда 2.
После этого производят взрывание массива пород нижней 6и верхней 7 заходок до подошвы крутонаклонного съезда 1 в половине наклонной траншеи 2 со стороны выработанного пространства (рис. 2).
Отрабатывают нижнюю заходку 6 экскаватором 3, горную массу загружают в ШСС 4 и транспортируют по второй незатронутой половине наклонной траншеи 2 на поверхность.
Верхнюю заходку 7 отрабатывают бульдозером 8, сбрасывая горную массу на дно нижней заходки 6, откуда она экскаватором 3 грузится в ШСС 4 и транспортируется также по второй незатронутой половине наклонной траншеи 2, формируя низовую часть борта 9 капитального крутонаклонного съезда 1.
Таким же образом отрабатывают нижнюю 6 и верхнюю 7заходки второй половины наклонной траншеи 2, с отгрузкой взорванной горной массы экскаватором 3 в ШСС 4 и транспортировкой по участку уже сформированного крутонаклонного съезда 1 (рис. 3).
После завершения формирования крутонаклонного съезда 1 со стороны выработанного пространства уменьшают ее ширину до проектной,
формируя низовой откос крутонаклонного съезда обратным ходом экскаватора 3. При этом горную массу загружают в ШСС 4 и транспортируют по крутонаклоному съезду 1 (рис. 4).
Вышеописанный вариант проходки получил дальнейшее развитие и на его базе был разработан ряд других вариантов проходки крутонаклонных транспортных съездов и предохранительных берм. Общим признаком разработанных вариантов является то, что сооружение крутонаклонной бермы ведется поэтапно, в первую очередь проходится временный съезд с уклонами, на которых возможна работа выемочно-погрузочных машин, а затем временный съезд погашают, сооружая крутонаклонный участок. На этих же принципах были разработаны следующие варианты:
• вариант с первоочередным сооружением крутонаклонного съезда не со стороны выработанного пространства, как в базовом варианте, а со стороны массива, что несколько увеличивает минимальные размеры рабочей площадки, но существенно сокращает объем бульдозерных работ;
• вариант с погашением временного съезда горизонтальными слоями, высота которых обеспечивает возможность проработки подошвы крутонаклонного съезда экскаватором (рис. 5), что снижает производительность экскаватором при низкой высоте забоя, однако сводит к минимуму применение бульдозеров;
Все вышеописанные варианты возможно применять как на проходке сверху — вниз, так и на проходке снизу — вверх, однако погрузка горной массы в транспортные средства предъявляет определенные требования к ширине рабочей площадки, которая должна обеспечивать безопасные
Рис. 4. Проходка крутонаклонного съезда. Уменьшение ширины до проектных размеров
14 13 II 11 II 1 Е 7 | 3 1 1 I 1 О П|
Рис. 5. Схема к расчету высоты слоя (Ьс), обеспечивающей возможность проработки подошвы крутонаклонного съезда экскаватором
условия для движения и маневров автосамосвалов. На узких площадках, где применение транспортных средств невозможно, горную массу при про-
ходке съездов переваливают на нижележащие горизонты. Применение такой технологии несколько увеличивает скорость проходки и производитель-
ность экскаватора, а также упрощает организацию работ по проходке съездов, однако увеличивает объем погрузочных работ на нижележащих горизонтах и приводит к увеличению высоты подъема горной массы. Применение перевалки является неизбежным при проходке крутонаклонных съездов в узкой полосе разноса при реконструкции карьеров.
Помимо выемочно-погрузочных работ своей спецификой при проходке крутонаклонных съездов обладают и буровзрывные работы. Бурение взрывных скважин при формировании крутых транспортных съездов и берм может производиться как с горизонтальных площадок, так и с наклонных участков существующих съездов и берм.
Отстройка берм ведется с помощью бурения и взрывания скважин переменной глубины. Учитывая сложность горнотехнических условий — ограниченность пространства для работы буровых станков, необходимость перемещения и ведения работ на повышенных уклонах рекомендуется использовать буровые станки ударно вращательного бурения типа ROC L8 фирмы Atlas Copco. Этот станок обладает значительно меньшими габаритными размерами (по сравнению с шарошечными), позволяет выполнять бурение под разными углами, в т.ч. с обратным углом бурения («под себя»), и обеспечивает возможность бурения скважин при проходке крутонаклонных траншей с наклонных площадок с углами 4^20 градусов. В выполненных институтом "Якутнипроалмаз" работах были выданы рекомендации по параметрам взрывной сети, величинам зарядов и схемам взрывания для проходки съездов и берм с уклонами от 100 до 280 %о, однако конкретные значения этих параметров должны ус-
танавливаться индивидуально для каждого взрыва, с учетом состояния массива и корректироваться с учетом натурных испытаний.
Все вышеописанные способы проходки крутонаклонных берм, несомненно, более трудоемки по сравнению с проходкой традиционных автомобильных съездов с уклонами 4—5 градусов и приведут к некоторому удорожанию горных работ.
Значительно упростить технологию проходки съездов могло бы применение специализированных экскаваторов. Так, в настоящее время ведутся конструкторские проработки по созданию экскаваторов с горизонтирую-щим устройством, которое позволяет снизить влияние уклона рабочей площадки на развиваемое рабочим оборудованием усилие копания и обеспечивает возможность работы оборудования на площадках с уклонами до 300 % (16,7 градусов) [7]. Создание подобных машин ограничивается в настоящее время лишь отсутствием широкого спроса на подобные модели.
В 2009 году технология отработки с применением транспортных и предохранительных берм повышенных уклонов внедрена при проектировании сверхглубоких карьеров — «Удачный» и «Юбилейный». В IV квартале 2010 г. планируется проходка первого участка крутонаклонной предохранительной бермы на карьере «Удачный». Опыт этих работ позволит внести коррективы в технологию выемочно-погру-зочных и буровзрывных работ при проходке крутонаклонных транспортных и предохранительных берм и приступить к следующему шагу внедрения крутонаклонных схем вскрытия — испытанию шарнирно-сочлененных самосвалов в условиях крутонаклонного транспортирования на кимберлитовых карьерах АК «АЁРОСА».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Акишев А.Н., Бабаскин С.Л, Бахтин В.А. и др. Патент РФ № 2294434, Е21С 41/26, Способ открытой разработки крутопадающих месторождений. Заявл.
27.09.2005, опубл. 27.02.2007.
2. Бабаскин СЛ., Бахтин В.А., Акишев А.Н. Патент РФ №2331767, Е21С 41/00 Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых. Заявл.
25.10.2006, опубл. 20.08.2008.
3. Акишев А.Н., Бахтин В.А., Бабаскин СЛ. Патент РФ №2314420, Е21С 41/26 Способ реконструкции карьера с двумя близкорасположенными телами. Заявл. 06.07.2006, опубл. 10.01.2008.
4. А.С. Чаадаев, А.Н. Акишев, С.Л. Бабаскин. Схема вскрытия и отработки глубоких горизонтов алмазных карьеров крутона-
клонными выработками// Горная промышленность — 2008 — № 2.
5. Временные рекомендации по безопасной эксплуатации шарнирно-сочле-ненных самосвалов на крутых уклонах, на горных работах АК "АЛ РОС А" (ЗАО). Согласованно начальником управления Государственного горного и металлургического надзора №13-02-ИД-01145-2008.
6. Малютин Л. Титаны горных разрезов// "Основные средства" № 2/2005.
7. Фурин В. О. Обоснование технологических параметров углубочного комплекса для доработки крутопадающих месторождений// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Екатерибург, 2009 г. и'.ца
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Акишев А.Н. —кандидат технических наук, доцент, начальник комплексного отдела открытой разработки месторождений, [email protected], Бабаскин С.Л. —заведующий лабораторией оптимизации горных работ, [email protected],
Кожемякин А. А. — ведущий инженер-технолог лаборатории оптимизации горных работ, [email protected],
Никитин Р. Я. — научный сотрудник сектора разрушения горных пород, [email protected], Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА».
А
- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СПЕЦОДЕЖДЫ ГОРНОРАБОЧИХ
(№ 948/03-13 от 20.12.12, 10 с.)
Михайлова В.Н. — доктор технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, [email protected]
COMPLEX RATING OF MINEWORKERS WORKING CLOTHES QUALITY
Mikhailova V.N.
