Развитие учения о системах открытых горных работ в МГИ-МГГУ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

СЕМИНАР 4

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99» МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99

В.В. Истомин, проф., д.т.н, В.С. Коваленко, проф., д.т.н.,

МГГУ МГГУ

Развитие учения о системах открытых горных работ в МГИ-МГГУ

Когда говорят о системах, обычно имеют в виду только системы разработки. Но и способы вскрытия, и комплексы горного и транспортного оборудования, и технологические комплексы

вскрышных и добычных работ -это соответствующие системы. Об этих и других системах кратко говорится в данном докладе. Подробнее ряд систем открытых работ рассматривается в статьях [1,2].

Научные представления о системах открытых горных работ, их принципы и теоретические основы связаны с именами создателей научно-педагогической школы открытых горных работ в МГИ-МГГУ Евгения Фомича Шешко и Владимира Васильевича Ржевского.

Профессор Е.Ф. Шешко - основоположник современной теории открытых горных работ. Естественно, в предшествующий тридцатым годам нашего века период было сделано многое в создании горной и транспортной техники (одно- и многоковшовых экскаваторов, локомотивов, вагонов, конвейеров, других подъемников, транспортно-отвальных мостов, средств гидромеханизации), определении элементов эксплуатационных и вскрывающих открытых горных выработок. Это было связано в первую очередь с развитием немецких буроугольных карьеров, американских рудных карьеров, а в нашей стране - разработкой россыпных месторождений, руд, химического сырья. Появились систематизированные сведения об открытых работах и первые классификации систем открытых разработок. Здесь следует назвать имена Е.Н. Барбот де Марни, А.П. Зотова, И.А. Кузнецова, И.Г. Домбровского, А. Онезорге, Р. Мэрша, Р. Пиля.

126

Но создание именно современной расчетной теории открытых горных работ связано с установлением Е.Ф. Шешко расчетных взаимосвязей между основными параметрами системы разработки (высотой уступа и протяженностью его фронта), способа вскрытия (руководящим уклоном, длиной и объемом капитальных траншей), горной и транспортной техники (технической и эксплуатационной производительности экскаватора, сцепного веса локомотива, полезной массы поезда, его производительности и парка локомотивосоставов), главными параметрами карьера (мощностью по горной массе, конечной глубиной и размерами в плане).

Разработанный проф. Е.Ф. Шешко более 50 лет назад технологический режим экскаваторнотранспортных работ - это теоретическая основа качественной и количественной комплектации экскаваторов и локомотивосоставов. Метод Е.Ф. Шешко комплексного изучения как горных, так и транспортных параметров позволяет выявить их изменение в аналитической форме. При этом важную роль играют относительные и удельные показатели (на тонну горной массы, сцепной массы локомотива и др.).

Проф. Е.Ф. Шешко убедительно доказал важность исследования не только технических задач освоения производственной мощности карьера, но и определения необходимых при этом эксплуатационных и капитальных затрат. Речь идет не о проектных экономических расчетах (которые, естественно, уже проводились), а о научном техникоэкономическом анализе и установлении области рациональных технологических параметров.

Крупные обобщающие исследования соответствуют всегда потребностям промышленности. Исследования Е.Ф. Шешко соответствовали периоду широкого развития открытых разработок в основном горизонтальных месторождений поверхностного вида. Когда говорят, что «Шешко - это статика открытых работ», речь идет фактически о стационарном процессе разработки, когда горногеологические и горнотехнические условия изменяются в небольших пределах и этими изменениями можно пренебречь. Результаты его исследований идеально соответствуют этим условиям.

Академик В.В. Ржевский создал научную теорию проектирования карьеров, в которых центральное место занимает определение их главных параметров, выполняемое на базе геометрического анализа карьерных полей и экономически обоснованного режима горных работ. С этими вопросами органично связаны задачи проектирования систем разработки, механизации и вскрытия.

Учение В.В. Ржевского вызвано требованиями, предъявляемыми разработками месторождений глубинного вида. Определение "Ржевский - это динамика горных работ" характеризует их нестационарный процесс в этих условиях.

Интересно отметить, что режим горных работ и технологический режим работы основного карьерного оборудования взаимосвязаны и логично вписываются в общий алгоритм проектирования технологии разработки месторождения. Основные идеи теорий этих режимов легли в основу разработанных ими систем открытых горных работ классификаций этих систем.

ГИАБ

Е.Ф. Шешко разработал теоретические основы способов (систем) вскрытия рабочих горизонтов и предложил наиболее удачную классификацию этих систем, широко применяемую и сейчас.

В.В. Ржевский, проанализировав известные представления Е.Ф. Шешко и Н.В. Мельникова о системах разработки, предложил в 1968г. технологическую классификацию систем комплексной механизации открытых горных работ (структур комплексной механизации, затем комплексов горного и транспортного оборудования). Далее продолжив исследования комплексной механизации, он изложил результаты их научных обобщений в основном в учебниках 1975г. и 1980г.

Что же касается самих систем открытой разработки, то здесь нередко можно услышать о разных взглядах Е.Ф. Шешко и В.В. Ржевского, наиболее ярко выраженных в их классификациях 1947г. и 1968г. Формально это так. Но в действительности речь идет о разных системах.

Взгляды Е.Ф. Шешко на систему разработки в течение 20 лет постепенно эволюционировали. В довоенных научных трудах Е.Ф. Шешко рассматривались системы разработки параллельными траншеями и веерная (1932г.), затем (1936г.) он установит, что систему разработки определяет порядок подготовки и выемки горизонтальных слоев, на которые разделяется карьерное поле. Основное различие в системах усматривалось в способах отработки уступов, перемещении и ориентировании фронтов работ. Немаловажное значение придавалось высоте уступов, блокам, забоям, рабочим площадкам.

Зерно этой концепции тридцатых годов сохранилось в трудах В.В. Ржевского шестидесятых-семидесятых годов. Только сама концепция стала более мощной, законченной. В классификации систем открытой разработки академика речь идет о порядке разработки месторождения, именно ме-

6 і 1999

сторождения (его участка), а не о горных работах вообще. Нами предложено дополнить эту классификацию группой углубочно-сплошных систем разработки. Продольные углубочно-сплошные системы разработки в основном применяются на пологих месторождениях, а поперечные их модификации могут применяться на крутых залежах.

В последней классификации Е.Ф. Шешко (1947г.) рассматриваются в сущности не системы разработки месторождения, а технологические системы вскрышных работ - способы их производства (термин "системы работ" нередко встречается в его работах разных лет). Такие технологические системы логично включают и средства механизации, и горнотехнические элементы. Они могут применяться как для добычи полезных ископаемых, так и земляных работ, проведения каналов, создания других гидротехнических сооружений и т.д. Признак направления перемещения породы от забоя (поперек и вдоль горной выработки) действителен для производства всех этих работ.

Близкой по смыслу является классификация акад. Н.В. Мельникова, более богатая по набору возможных технических средств, но первоначально не имевшая признаков, относящихся к горных выработкам.

В 1980г. В.В. Ржевский ввел понятия технологических комплексов вскрышных и добычных работ, которые должны были связать комплексы оборудования с параметрами систем разработки и вскрытия. Эти технологические комплексы во многом соответствуют системам разработки в понимании Е.Ф. Шешко. Это именно технологические системы

вскрышных и добычных работ.

Е.Ф. Шешко, наряду со своим выдающимся учеником В.В. Ржевским, воспитал в МГИ ряд известных ученых, внесших значительный вклад в развитие карьерных систем. Здесь следует назвать имена профессоров Г.Я. Ну-

рока, К.Е. Виницкого, Б.А. Сим-кина, И.Б. Шлайна, Н.А. Малышевой, Ю.Д. Буянова и Ю.П. Са-мородова, И.К. Наумова и Ю.С. Размыслова.

Становление систем гидромеханизации горных работ и дальнейшее их развитие в МГИ в течение сорока лет вплоть до 1988г. связано с именем проф. Г.А. Ну-рока. В этих системах доминируют гидравлические процессы размыва, транспортирования, обогащения и отвалообразования. Во второй половине пятидесятых-шестидесятых годах в этой области в МГИ плодотворно работали профессора В.А. Михайлов, Ю.В. Бубис, Н.Н. Медников и Л.Н. Кашпар, Р.С. Медовщиков, В.А. Бритарев, А.Э. Тухель. Дальнейшему развитию систем гидромеханизации на карьерах посвящены усилия профессоров И.М. Ялтанца и В.И. Шелоганова, Е.А. Кононенко, В.И. Кулигина, В.Н. Степанова.

Акад. В.В. Ржевский и проф. Г.А. Нурок - основоположники научно-педагогической школы морской разработки в МГИ-МГГУ. Существенный вклад в развитие систем гидромеханизации россыпных месторождений на дне морей и океанов внесли профессора Ю.В. Бубис и Л.Н. Молочников, Ю.В. Бруякин, Л.Л. Сотников, В.А. Баранов, В.С. Шилыков-ский, Ю.Н. Могилевский, Л.А. Смойловская, М.Л. Кронгауз.

Научные основы транспортных систем карьеров созданы в МГИ член-корр. АН СССР А.О. Спива-ковским и проф. Е.Ф. Шешко. Эти основы получили развитие в трудах профессоров М.Г. Потапова,

А.В. Андреева, В.И. Дъякова, Е.Е. Шешко и С.А. Ильина, В.И. Белозерова. Их исследования посвящены созданию новых транспортных средств, и транспортным схемам карьеров, непосредственно связанных со схемами вскрытия.

Ученики В.В. Ржевского внесли значительный вклад в развитие систем открытых работ.

Методы расчетов и оценки систем комплексной механизации развиты в трудах профессоров

125

П.И. Томакова, Ю.И. Анистратова, Н.Н. Медникова и В.В. Хронина.

Вклад в теоретическое обоснование технологических комплексов карьеров стройматериалов внесли профессора Ю.Д. Буянов,

A.С. Чирков и Ю.Г. Карасев, В.Н. Сиренко, Г.Р. Буткевич, Л.Л. Сотников, Е.В. Птичников, Р.Г. Пет-роченков,

Формированию комплексов горного и транспортного оборудования непосредственно предшествует изучение производственных процессов и их взаимодействия. Добычные комплексы должны обеспечить и требуемое качество добываемого полезного ископаемого. Решению этих проблем посвящены труды профессоров Н.Я. Репина и Г.Г. Ломоносова, М.И. Варийчука, В.В. Манкевича, В.П. Машеева.

Различные аспекты систем отвальных работ рассмотрены в работах профессоров И.И. Русского,

B.В. Истомина и В.И. Супруна, В.В. Манкевича, В.А. Карельского.

Всегда актуальными являются вопросы обоснования систем разработки, их элементов и параметров, конструирования новых систем. Эти вопросы изучаются, как правило, во взаимосвязи с режимом горных работ и вскрытием рабочих горизонтов. Здесь следует отметить исследования сплошной поперечной системы разработки крутых залежей проф. П.И. Тома-ковым, углубочно-сплошной системы разработки аналогичных залежей проф. В.С. Коваленко, труды профессоров В.В. Истомина, Ю.И. Анистратова и С.Д. Коробова, Н.П. Сенаторова, В.А. Степанова, А.И. Тушова, В.Е. Агаркова, Д.В. Пастихина.

Научные проблемы вскрытия и подготовки рабочих горизонтов, строительства карьеров исследовались Е.И. Васильевым, Н.Н. Ро-гатиным, В.И. Супруном, В.С. Коваленко, М.И. Варийчуком, Н.П. Сенаторовым, В.П. Макшеевым,

Системы нагорных карьеров изучаются проф. С.А. Ильиным и его учениками.

Остановимся на важном вопросе о технологических схемах.

Еще Е.Ф. Шешко писал: «Технологические схемы в карьерах должны предусматривать все производственные операции - от отделения породы или угля в забое до помещения их соответственно в отвале или складах...». И далее: «Технологическая схема производства вскрышных работ должна предусматривать следующие основные операции: периодичность выполнения взрывных работ и обязательный забойный резерв рыхленного материала, периодичность и длительность экскаваторно-погрузочных и забойноподготовительных работ, периодичность подачи поездов под погрузку и длительность обменных операций, график и время хода груженых поездов на отвалы и порожних поездов в карьер, периодичность выхода поездов на отвальные тупики и время их разгрузки и обмена, периодичность и длительность планировочных и пу-тепередвижных работ на отвалах, в забоях и др... » (Основы теории вскрытия карьерных полей, с.209).

Другими словами, технологическая схема должна конкретизировать систему вскрышных (добычных) работ (технологический комплекс по В.В. Ржевскому), предусматривать использование определенного горного и транспортного оборудования (комплекса оборудования), его расстановку и организацию работы. Естественно, что технологическая схема должна реализовать применение конкретных комплекса оборудования и системы разработки.

Одним из авторов данного доклада предложено в качестве элементов системы разработки рассматривать блоки активных и пассивных запасов горной массы, потребление и воспроизводство которых и характеризует развитие

горных работ [2]. Изучение технологических схем возможно с использованием методов имитационного моделирования.

Даже из краткого обзора видно, что вся история научных исследований открытых работ в МГИ-МГГУ - это развитие теории систем открытых горных работ. Познано, очевидно, многое. Но и не познано многое, в том числе и очень важное - как постоянно эффективно разрабатывать месторождения открытым способом, какие надежные системы создавать и воссоздавать, чтобы избежать снижения технико-экономических показателей, которое наблюдалось не только в девяностые, но и в семидесятые-восьмидесятые годы.

Одни из основных методов здесь - широкие статистические исследования и моделирование динамических систем с целью получения надежных прогнозных результатов.

Когда перечитываешь труды Е.Ф. Шешко и В.В. Ржевского, перед глазами не только четкие формулировки мудрых мыслей, но и интересные показатели: десятиминутные интервалы обмена поездов в забое, годовая производительность экскаватора 250 тыс. м3 на кубоковш и др. Сорок пять лет спустя мы видим совсем другие цифры, существенно отличающиеся в меньшую сторону. Трудно назвать это позитивными результатами научно-технического прогресса. Правильно ли он осуществлялся в технологии открытых горных работ? Думается, что здесь не один, а много вопросительных знаков...

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.В. Истомин, В.С. Коваленко. Развитие теории систем открытой разработки // Г орный журнал - 1999 - №1.

2. В.В. Истомин. Системы открытых горных работ, их элементы и параметры // Г орный вестник - 1999 - №1.

© В.В. Истомин, В.С. Коваленко