CC BY
63
д
------------------------------------------ © Б.Р. Ракишев, 2010
УДК 622:378 Б.Р. Ракишев
РОЛЬ АКАДЕМИКА В.В. РЖЕВСКОГО В РАЗВИТИИ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И НАУКИ В РЕСПУБЛИКАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ
Приведены сведения об уровне технологий, комплексной механизации и автоматизации горных работ на карьерах Алмалыкского, Навоийского, Жезказган-ского, Соколовско-Сарбайского горно-металлургических комбинатов и разрезах Экибастуза, научные основы которых были разработаны академиком В.В.Ржевским.
Ключевые слова: горная промышленность, горная наука, проектирование карьеров, геометрический анализ, режим горных работ, комплексная механизация и автоматизация горных работ.
1[^ыдающийся ученый, педагог, организатор высшей школы Х-#и горной науки СССР академик Владимир Васильевич Ржевский интеллектуал мирового уровня. Его имя известно во многих уголках света. Особенно близок он нам, ученым, производственникам государств Центральной Азии. Горная промышленность и наука в наших республиках базируются на знаниях, добытых Владимиром Васильевичем.
Становление В.В. Ржевского как видного ученого-горняка связано с бурным, небывало масштабным развитием открытых горных работ в странах СНГ. Как известно, в послевоенное время в стране было принято решение о широком вовлечении в эксплуатацию крупнейших месторождений черных, цветных и редких металлов в Казахстане, Узбекистане, Киргизии и Таджикистане. Стали проектироваться и строиться такие гиганты тяжелой индустрии как Алмалыкский, Навоийский, Жезказганский горно-металлургические, Соколовско-Сарбайский горнообогатительный комбинаты, Жамбылские горно-химические, Экибастузский, Ангренский теплоэнергетические комплексы с мощными предприятиями с открытым способом разработки. Своевременный ввод их в эксплуатацию и стабильное функцио-
31
нирование потребовали соответствующего научного, научнотехнического сопровождения.
Над созданием научных основ такого обеспечения трудились лучшие умы отечественной горной науки и промышленности. Среди них выделялся талантливый, энергичный и инициативный молодой доктор наук Владимир Васильевич Ржевский. К началу шестидесятых годов им уже были созданы теоретические основы проектирования крупных современных механизированных и автоматизированных карьеров; новые эффективные технологии открытых горных работ, производительные процессы горного производства. Разработанный им впервые метод геометрического анализа карьерных полей послужил теоретической базой обоснования оптимального порядка отработки месторождений, а теория режима горных работ позволила установить технологическую взаимосвязь между системами вскрытия, разработки и комплексной механизации открытых горных работ за весь период работы карьера. На этой основе стало возможным научное обоснование глубины и мощности карьера, поэтапной их отработки.
Большое внимание уделял В.В. Ржевский развитию Экиба-стузского бассейна, в частности вопросам раскройки месторождения на карьерные поля и порядка их разработки, мощности карьеров. Под руководством акад. В.В. Ржевского для условий Экибастузского бассейна были разработаны научные положения по созданию разрезов особо большой мощности, базирующиеся на принципах формирования карьерных грузопотоков во взаимосвязи со схемами вскрытия, комплексами горного и транспортного оборудования, режимом горных работ. Сформулированы проблемы и основные задачи, которые необходимо решить для выполнения народнохозяйственных планов добычи угля. Впервые на перспективу рассмотрены технологические комплексы вскрышных и добычных работ. Установлен рациональный порядок отработки запасов бассейна.
Экибастузский бассейн - уникальный по угленосности. Его балансовые запасы составляют 8,8 млрд т. Под каждым квадратным километром его поверхности залегает 150 млн т угля, которые сосредоточены в основном в трех сближенных пластах общей мощностью около 150 м.
32
Экибастузский комплекс сегодня - это четыре вскрышных и добычных разреза, в том числе крупнейший в мире разрез "Богатырь", добывающий более 50 млн т угля в год. Годовой объем добычи угля в этом регионе достиг 90 млн.т. На экибастузских углях работает 20 электростанций Казахстана, Урала, Западной Сибири, в том числе Экибастузские электростанции общей мощностью 16 млн кВт.
Разрез "Богатырь", уникальный по производственной мощности и технической оснащенности, является прообразом угледобывающего предприятия будущего. Здесь достигнута самая высокая в отрасли среднемесячная производительность труда рабочего по добыче и самая низкая себестоимость добычи 1 т угля.
Разрезы производственного объединения "Экибастузуголь" стали пионерами в освоении новейшего горного оборудования. Именно здесь впервые в мире для разработки каменных углей были применены высокопроизводительные роторные экскаваторы. Роторный экскаватор типа ЭРШРД-5000 обеспечивает суточную производительность 60 тыс. т угля.
С целью повышения эффективности использования мощного выемочно-погрузочного оборудования непрерывного действия на добычных работах внедрены технологические схемы, предусматривающие совместную эксплуатацию роторных экскаваторов и средств конвейерного транспорта. Полная конвейеризация транспорта добываемого угля обеспечила возможность создания на этом разрезе накопительного усреднительно-погрузочного комплекса, позволяющего повысить качество отгружаемого потребителям угля.
Идея В.В. Ржевского по комплексной механизации открытых разработок, более рациональному использованию техники на карьерах, комплектованию цепи взаимосвязанных в работе машин и механизмов, обеспечивающих экономичное и эффективное выполнение всех производственных процессов нашла воплощение в жизнь в условиях карьера Мурунтау Навоийского горно-металлургического комбината, где построен и работает комплекс циклично-поточной технологии (ЦПТ), состоящий из двух линий конвейеров: наклонных (НК), расположенных в траншее (150) на южном борту карьера, магистральных (МК), передаточных (ПК), отвальных (ОК) и двух отвалообразователей
33
0ШС-4500/125. Дробленую взрывом горную массу крупностью до 1200 мм из забоев автотранспортом доставляют на разгрузочную площадку дробильно-перегрузочного пункта (ДПП) и выгружают в бункер вместимостью 360 м3, откуда пластинчатым питателем подают в дробилку КВКД-1200/200, а после дробления - на наклонные конвейеры.
Для сглаживания неравномерности работы цикличного и поточного звеньев комплекса применяют внутрикарьерные склады руды и породы, размещаемые на расстоянии 200^400 м от ДПП, заполнение которых производят во время остановок, а отгрузку из них - после запуска конвейеров. Через эти склады ежегодно проходит более 3 млн м3 горной массы.
Отвальные конвейеры смонтированы на автомобильных отвалах. Отсыпку пароды отвалообразователями производят двумя ярусами высотой по 60 м (нижний) и 30 м - (верхний), с постоянным (при каждой передвижке ОК) повышением горизонта установки отвало-образователя и отвального конвейера.
Опыт работы карьера Мурунтау показывает, что существующие средства транспорта требуют значительных площадей для размещения перегрузочных пунктов и стационарных конвейеров, что не позволяет эффективно использовать ресурс выработанного пространства. Задача может быть успешно решена за счет применения в системе ЦПТ самоходных передвижных дробильных перегрузочных пунктов, работающих в комплексе с мобильными межуступными перегружателями.
Мобильные ДПП могут быть созданы на базе дробилок шнеко-зубчатых (ДШЗ). С помощью разработанных самоходных межуступных круто наклонных перегружателей и мобильного ДПП на базе дробилки ДШЗ решается задача отработки глубоких горизонтов скальных карьеров с использованием ЦПТ без увеличения расстояния откатки сборочным автотранспортом.
Опыт работы карьера Мурунтау Навоийского ГМК по внедрению циклично-почтовой технологии горных работ распространен на карьеры Алмалыкского горно-металлур-гического комбината. Здесь было разработано «ТЭО дробильно-конвейерного комплекса в системе ЦПТ карьера Кальмакыр» при сохранении схемы вскрытия верхних горизонтов карьера железнодорожным транспортом.
34
Как и во всех имеющихся системах ЦПТ, предусмотрено обязательное оборудование: приемный бункер с пластинчатым питателем, полустационарньй дробильный агрегат, разгрузочный и магистральный конвейеры, отвальный комплекс и транспортные средства для переноса элементов дробильно-перегрузочного комплекса на новое место. Вскрытие карьера ниже отметки, до которой используют железнодорожный транспорт, осуществляется конвейерными наклонными тоннелями и автомобильными въездами, а впоследствии крутонаклонными конвейерными линиями. Горная масса с нижележащих горизонтов на конвейерные линии будет доставляться автосамосвалами.
Дробильно-конвейерный комплекс должен выдавать руду с нижних горизонтов на поверхность в количестве 30 млн т в год, в том числе 15 млн т для перегрузки на железнодорожный транспорт с последующей доставкой на медную обогатительную фабрику и 15 млн т к модулям самоизмельчения на борту карьера. Догрузка свободных мощностей ЦПТ будет осуществляться вскрышными породами.
Строительство комплекса ЦПТ намечено осуществить путем сооружения перегрузочной площадки и дробильной установки в карьере; конвейерной линии в наклонном тоннеле от дробильном установки в карьере до перегрузочной площадки на поверхности за контуром карьера; перегрузочной площадки с отвало-образователем и экскаваторами для перегрузки руды на железнодорожный транспорт, конвейерной линии и отвалобразователя на породним отвале. Затем сдается магистральный конвейер в наклонном тоннеле, соединяющий нижние горизонты карьера с модулями самоизмельчения, и перегрузочные пункты в карьере.
Реконструкция карьера Калмакыр па основе внедрения дробильно-конвейерного комплекса ЦПТ позволит увеличить объемы добычи руды из карьера к 2010 г. до 45 млн т, а в 2015 г. до 60 млн т в год и тем самым обеспечить собственным сырьем медное производство комбината.
Идея В.В. Ржевского о вскрытии глубоких горизонтов наклонным железнодорожным тоннелем в сочетании с рудоспусками впервые в СССР реализована в условиях Сарбайского карьера Соколовско-Сарбайского горно-произ-водственного объединения. Это позволило расширить область использования железнодорожного транспорта в глубоких карьерах, обеспечить про-
35
стую форму трассы с уклоном до 55% и высокую производительность локомотивосостав за счет сокращения времени на обмены, уменьшить расстояние перевозок автотранспорта в карьере, исключить дополнительный разнос бортов карьера, уменьшить расстояние перевозок горной массы на поверхности.
Сегодня ССГПО является крупнейшим предприятием по подготовке железнорудного сырья в Казахстане и странах Содружества Независимых Государств. Основная продукция объединения - офлюсованные железорудные окатыши и железорудный концентрат соответствуют мировым стандартам. Это высококачественное сырье для доменного производства пользуется высоким спросом у металлургов Казахстана, России и Китая.
Остается актуальной идея академика В.В.Ржевского о повторной разработке отработанных ранее подземными работами участков уникального Жезказганского месторождения медных руд. При этом выемку потерянных в целиках и потолочинах руд предполагается осуществить открытым способом после заполнения подземного выработанного пространства закладкой из медьсодержащих отходов обогащения.
Проекты перечисленных выше и других предприятий черной, цветной металлургии, химической и угольной промышленности с открытым способом разработки проходили экспертизу у В.В.Ржевского. Руководители строящихся и действующих предприятий постоянно консультировались у Владимира Васильевича, он часто бывал на карьерах и шахтах.
Для развития научного направления "Физические процессы горного производства и физика горных пород" в Казахском, Карагандинском политехнических институтах и институте Горного дела АН КазССР при активной поддержке В.В.Ржевского были созданы лаборатории по изучению состояния массива пород при ведении горных работ и созданию новых физических методов разрушения горных пород.
В этих лабораториях были развиты изыскания по внедрению сейсмоакустических методов в горнодобывающую промышленность. Их результаты позволили расширить и углубить знания в области геоинформатики, разработать методы определения местоположения сейсмоакустических источников в массиве горных пород.
36
Новые технические решения по определению координат источника сейсмоакустических сигналов в трехмерном пространстве могут быть использованы для решения следующих производственных задач: оценить сейсмическую энергию взрыва, осуществить пеленгацию взрыва и горного удара, оценить размеры зон деформации и нарушения целостности массива при взрыве зарядов ВВ, подсчитать и обнаружить не взорвавшиеся заряды, определить координаты очагов внезапных выбросов на тонких угольных пластах, осуществить региональные прогнозы по горным ударам и др. Они будут способствовать принятию своевременных целенаправленных мер для предотвращения возможных негативных действий названных сил.
В проблемной лаборатории новых физических методов разрушения горных пород в КазПТИ им. В.И.Ленина проводились фундаментальные и прикладные исследования в области разрушения горных пород нетрадиционными способами. Экспериментально были установлены закономерности образования трещин в блоках крепких пород при воздействии различных физических полей (электрофизического, теплофизического, гидроимпульсного и т.д.).
Значительный объем исследований посвящен вопросам проходки в породном массиве щелевых выработок, обеспечивающих безвзрывную добычу блоков крепких горных пород, длительную сохранность подземных выработок, бортов уступов карьеров, откосов дорог и оснований гидротехнических сооружений.
Большая серия исследований посвящена бурению специальных скважин в мерзлых горных породах. При наличии в них крупноблочных включений обоснована целесообразность применения комбинированного способа бурения, использующего тепловое и механическое воздействие на забой. Установлены закономерности оттаивания неоднородных мерзлых пород и перемещения границы оттаивания в зависимости от их теплофизических свойств, тепловой мощности горелки, времени нагрева. Определены теплофизические параметры газовых потоков, генерируемых огнеструйными бурами, и скорости распространения температурного фронта от стенок скважин вглубь массива мерзлой породы. Обоснованы рациональные газодинамические параметры высокотемпературных струй, размеры зон снижения
37
прочности мерзлых пород и силовые характеристики инструмента.
На основе проведенных исследований созданы оригинальные конструкции машин, технических средств и прогрессивные технологии безвзрывной добычи блоков строительных горных пород, проходки щелевых выработок в крепких массивах и скважин в специфических условиях.
На основе теоретического обобщения результатов дробления кусков горных пород с учетом характерных особенностей их разрушения и форм проявления масштабного эффекта выведено уравнение для расчета работы деформации. Оно позволяет определить абсолютную величину работы разрушения в зависимости от физико-механических свойств горных пород и степени их дробления.
Разработанная математическая модель полной работы разрушения горных пород, учитывающая общий случай проявления масштабного эффекта, содержит в себе как объемную, так и поверхностную составляющие энергозатрат. Она находится в полном согласии с гипотезой Ребиндера и удачно взаимоувязывает физико-механические свойства материала, степень его разрушения, гранулометрические характеристики исходного сырья и конечного продукта. Данная математическая модель включает в себя выражения законов Кирпичева-Кика, Бонда и Риттингера, раскрывает физический смысл коэффициентов пропорциональностей в этих эмпирических законах. Экспериментально подтверждена идея академика Ржевского В.В. о том, что значительное снижение энергоемкости разрушения горных пород обеспечиваются при их разупрочнении за счет воздействием различными видами внешних физических полей. В этом случае задействуют все потенциальные источники ослабления, присущие каждому из уровней разрушения материала.
Таким образом, важным направлением в области уменьшения энергоемкости разрушения твердых естественных образований является их разупрочнение путем воздействия различными видами физических полей. Такая обработка может производиться в определенных условиях и в массиве горных пород. Полученные научные результаты будут способствовать рациональному выбору комбинаций воздействия различных внешних источ-
38
ников и их технологическому воплощению в реальных горногеологических, горнотехнических системах.
Ржевский был инициатором широкого использования электронной вычислительной техники при проектировании и планировании открытых горных работ. Под его руководством созданы и сейчас разрабатываются математические модели месторождений и различные экономико-математи-ческие модели.
В развитие этого направления на кафедре открытых горных работ Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева получены новые научные результаты при исследовании технологии открытых горных работ с использованием компьютерных технологий. Предложены принципы математического моделирования сложноструктурных многокомпонентных месторождений, типизация сложноструктурных блоков, установлены их горно-геологи-ческие, технологические характеристики.
Разработана математическая оптимизационная модель стабилизации качества многокомпонентной руды при отработке сложноструктурного блока, позволяющая планировать отгрузку максимального возможного объема качественного сырья в течение смены, суток или нескольких суток при минимальном снижении производительности выемочно-погру-зочного оборудования. Она оперативно учитывает изменяющиеся горнотехнологические и экономические (конъюнктурные) условия и позволяет активно управлять внутрикарьерным усреднением руд и выдачей сырья требуемого качества за смену, сутки или месяц.
Создана дискретная математическая модель расположения деформированной координатной сетки, позволяющая надежно прогнозировать в развале контуры рудных тел любой конфигурации. Разработан метод определения рациональных границ разделения взорванных сложных блоков на однородные экскаваторные заходки, созданы алгоритмы и комплекс программ для расчета параметров раздельной выемки руд. Предложен способ управления качеством руды с внутризабойным усреднением рудной массы в пределах экскаваторной заходки и формирования грузопотоков из разносортных сложных блоков.
Доказана целесообразность использования модифицированной многокомпонентной дискретной математической модели месторождения и карьера для проектирования открытых горных
39
работ при разработке крутопадающих маломощных залежей, обоснован набор технологических, экономических критериев оптимальности, разработана экономико-математическая модель определения производительности группы карьеров с учетом комплексного использования попутных полезных компонентов. Составлены соответствующие алгоритмы и программы.
В развитие идеи В.В.Ржевского по повышению комплексности извлечения полезных компонентов из руд обоснована структура использования минерального сырья (МС), позволяющая осуществлять выбор наиболее прогрессивных и экономически эффективных технологий его добычи, переработки и наметить пути повышения комплексности использования полезных ископаемых.
Предложен метод оценки полезного использования минерального сырья при различных процессах его добычи и переработки, базирующийся на коэффициенте полезного использования МС, подобном общепринятому в физике, технике коэффициенту полезного действия машин, механизмов и др. Этот показатель может быть принят в качестве технологического критерия комплексного использования МС соответственно при добыче, обогащении и металлургическом переделе. Технологические и ценностные критерии комплексного использования ПИ, как объективные и легко вычисляемые, могут быть положены в основу методик для оценки результатов повышения полноты и комплексности использования МС (КИМС); анализа состояния дела по комплексному использованию МС на отдельных предприятиях и в отрасли в целом; установления рациональной номенклатуры извлекаемых полезных компонентов и целесообразной формы организации их производства; выбора наиболее эффективного варианта КИМС; определения народнохозяйственной значимости реализации выбранного варианта технологии добычи и переработки минерального сырья.
Умный, привлекательный и открытый Владимир Васильевич особо притягивал к себе пытливую молодежь. Несмотря на большую занятость, он практически всегда находил время для встречи с молодыми учеными и производственниками. В числе таких был и я. В 1970 г. ректор МГИ, член-корреспондент АН СССР Ржевский В.В. внимательно выслушав меня по программе
40
научных исследований, сделал очень много серьезных замечаний. В конце беседы, увидев, что я пришел в уныние, он посоветовал после осмысления замечаний прийти к нему еще раз. Так завязалась моя длительная творческая связь с выдающимся уче-ным-горняком ХХ века.
В дальнейшем было много встреч на научных, научнотехнических конференциях, проводимых в Казахстане, Узбекистане, Украине и др., на выездных, московских заседаниях УМО, НТС горной промышленности МВ и ССО СССР.
Кроме УМС, НТС академик В.В.Ржевский был инициатором проведения специальных научно-технических конференций по развитию горных работ на Соколовско-Сар-байском, Жезказган-ском и Экибастузском комбинатах.
Каждое выступление Владимира Васильевича на научных форумах оказывало сильное влияние на присутствовавших в плане приобретения новых знаний, нестандартных подходов к решению различных теоретических и практических задач горной науки и промышленности. Как талантливый, инициативный ученый он всегда генерировал много оригинальных идей.
Владимир Васильевич был очень благожелательным, простым в общении. В Казахстане, Узбекистане, Киргизстане у него много учеников и последователей. Десятки человек при его поддержке стали докторами наук. Среди них академик А.С. Сагинов, И.Т. Айтматов, Б.Р. Ракишев, В.Р. Рахимов, В.И. Нефадьев, Ш.А. Мам-бетов, доктора наук И.З. Табакман, Н.С. Буктуков, Д.Г. Букейханов, А.Ф. Цеховой и др.
Академик В.В. Ржевский был большим другом члена Политбюро КПСС, первого секретаря ЦК КПК академика Димаша Ахмедовича Кунаева. Димаш Ахмедович высоко ценил и уважал Владимира Васильевича как выдающегося ученого, организатора науки и системы высшего образования.
Крепкий от природы духом и здоровьем, преданный делу Владимир Васильевич чрезмерно много трудился не жалея себя. Перегрузка, перенапряжение сдали свое дело, он подорвал здоровье и рано ушел из жизни. Великий учитель оставил неоценимое наследстве: уникальную научную, научно-педогоги-ческую школу, признанную научно-техническим сообществом многих стран мира, ніш
41
B.R. Rakishev
ROLE OF ACADEMICIAN RZHEVSKY V.V. IN DEVELOPMENT OF MINING INDUSTRY AND SCIENCE IN REPUBLICS OF CENTRAL ASIA
Information is adduced about the level of technology, complex mechanization and automation of mining works at the quarries of Almalyk, Navoi, Zheskazgan, Socolovsky-Sarbas mining-metallurgical group of enterprises and Ekibastuz open-cast mines, the scientific bases of which were elaborated by academician Rzhevsky V. V.
Key words: mining industry, mining science, quarry projecting, geometrical analysis, mining work conditions, complex mechanization and automation.
Коротко об авторе
Ракишев Б.Р. - академик НАН РК, Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева, г. Алматы, Республика Казахстан.
42
