CC BY
28
--© B.B. Чаплыгин, A.B. Демченко, 2015
УДК 622.271.6(075.8)
B.B. Чаплыгин, A.B. Демченко
СОСТОЯНИЕ И ВОЗМОЖНОСТИ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ НА РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА
Представлены ретроспектива, современное состояние и возможные направления технического совершенствования гидромеханизации разрезов Кузбасса.
Ключевые слова. гидромеханизация, возможности, технология, технические средства, разрезы Кузбасса.
Гидромеханизированный способ разработки горных пород известен давно, он успешно применялся в гидротехническом строительстве: при строительстве Волжской ГЭС, Волгостроя (21% всех земляных работ) и при восстановлении Беломорско-Балтийского канала (порядка 40% общего объема земляных работ). В угольной промышленности гидромеханизацию при строительстве Байдаковского и Люторического разрезов начали применять в 1939 г. Позже гидровскрышные работы были внедрены на Батурин-ском разрезе, Коркинском, Волчанских, Райчихинских и Назаровском разрезах [1].
С помощью средств гидромеханизации на отечественных угольных разрезах перемещено свыше 800 млн. м3 вскрышных пород. Наибольшие объемы были достигнуты в период с 1976 по 1979 годов, когда ежегодно
в Кузбассе разрабатывалось по 25—27 млн. м3 вскрыши. Объем гидровскрышных работ на разрезах Кузбасса за последние годы представлен в табл. 1 [2].
Динамика изменения объема гидровскрышных работ свидетельствует о четкой тенденции снижении их объема. В 2014г. вскрышные породы способом гидромеханизации разрабатывали 4 разреза ОАО «УК» Кузбассразрезуголь», а в 2015 г. эту технологию будут применять только разрезы «Моховский» и «Кедровский». При этом следует напомнить, что гидромони-торно-землесосными комплексами разрабатываются обводненные
Таблица 1
Объем гидровскрышных работ на разрезах Кузбасса
Гидровскрышные работы: Годы
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 план
Вскрыша, тыс. м 11784 11331 11207 10945 9520 6450 7421 2855 3930
Навалы, 3 тыс. м 6093 4892 3028 3200 1721 3190 2037 1190 1370
Горная масса, 3 тыс. м 17834 16223 14235 14145 11241 9640 9458 4045 5300
породы, которые вызывают значительные затруднения при применении традиционной экскаваторно-транспортной технологии в связи с их налипанием и оползневыми явлениями при укладке в отвалы.
Немного истории. После Великой Отечественной войны требовалось много угля для восстановления промышленности и обустройства быта. На угольных карьерах остались значительные объемы вскрышных пород, которые во время войны не вывозили в отвалы, а укладывали в контурах карьера из-за нехватки техники и рабочих рук. Они не позволяли нормально работать, обеспечивать угледобычу. Нужен был иной подход, новая идея и технология отработки вскрыши, с минимумом технических средств. Для решения проблемы применили гидромеханизированную технологию, без экскаваторов и средств карьерного транспорта, используя энергию движущегося потока воды. В сложных климатических условиях Сибири удалось использовать воду для размыва пород, транспортирования по трубам гидросмеси вскрышных пород и укладки ее в гидроотвалы. Упорство в достижении цели и вера в свою правоту, основанная на глубоком знании дела, позволили горнякам успешно решить поставленную задачу.
В этой связи следует упомянуть имена двух Великих горняков, много полезного сделавших для внедрения гидромеханизации на разрезах Кузбасса. Это Нурок Григорий Аркадьевич -ученый, основатель научной школы гидромеханизации открытых горных работ и Богатырев Владимир Петрович — главный инженер комбината «Кузбасскарьеруголь».
Достижения не заставили себя долго ждать. В 1964 году бригада машиниста землесоса И.Н. Мартынова, работающая на строенной гидроустановке, смыла за сезон 4,3 млн м3 грунта — свыше 1,4 млн мз на каждую установку и установила всесоюзный рекорд! Технология доказала свою эффективность, а В. П. Богатырев успешно реализовал ее и на других разрезах объединения.
Государство высоко оценило заслуги гидромеханизаторов. В 1967 году лауреатами государственной премии СССР в области науки и техники «За разработку и широкое внедрение новой технологии открытой добычи угля с применением гидравлических способов работ в сложных геологических и климатических условиях Кузбасса» были признаны: Богатырев В.П., главный инженер комбината «Кузбассуголь», руководитель работы; сотрудники МГИ — Нурок Г.А. — профессор; Чаплин Б.Н. — доцент; Медников Н.Н. — ст. инженер; представители Бачатского угольного разреза — Литвин И.Ф. — директор разреза; Митин Л.А. — зам. главного инженера; Николаев К.И. — нач. участка; Мартынов И.Н., — машинист землесоса; Баданин Г.А., механик участка; Линденау Н.И. — директор Восточного НИИ по безопасности работ в горной промышленности; Данильчук П.А. — машинист землесоса Краснобродского угольного карьера.
В то время в Московском горном институте совместным приказом Министерств угольной промышленности и образования, была создана «Отраслевая лаборатория гидромеханизации», научным руководителем которой был назначен Г.А. Ну-рок. Ее сотрудники занимались совершенствованием гидромеханизированной технологии ведения горных работ на разрезах, распространением передового опыта и подготовкой кадров высшей квалификации — ученых из инженерно-технических работников разрезов, которые склонны к исследовательской работе. В этом деле также были достигнуты высокие показатели. Боюсь, что всех кандидатов технических наук, подготовивших и защитивших свои диссертации по результатам экспериментальных исследований гидромеханизированной технологии на разрезах Кузбасса, сейчас трудно вспомнить. В результате удалось создать плодотворный творческий коллектив, который долгие годы обеспечивал высокоэффективную работу разрезов и интенсификацию добычи угля в Кузбассе. Это был
период инженерного творчества и полета мысли, когда идеи реализовывались в металле и проходили промышленную проверку.
В 1970-1975 гг. на разрезах Кузбасса было освоено новое оборудование: гидромониторы с повышенным напором ГМД-250М, мощные насосы ЦН-3000/197 и гидромониторы ГМН-350. С 1979 г. все гидромониторы переведены на дистанционное управление, что позволило повысить производительность гидротранспортных установок, снизить расход электроэнергии и обеспечить нормальные условия труда.
Начало 80-х годов характеризуется бурным развитием новой техники и технологии гидровскрышных работ. Были созданы промышленные образцы грунтового насоса ЗГМ-3М с расходом 3000 м3/ч и гидромонитора ГМСШ-300 на шагающем ходу, с дистанционным управлением и расходом 3000-3500 м /ч. С целью расширения области применения гидромеханизации в направлении разработки плотных и пластичных четвертичных вскрышных пород был изготовлен гидрокомбайн для разработки плотных глин. Рациональность идеи такого комбайна не вызывала сомнений: использование механической подрезки уступа, после которой он обрушает-ся под действием гравитации, вместо подрезки уступа струей гидромонитора. Кроме того, комбайн оснащен двумя гидромониторами, один из которых (для разрушения пород) расположен на стреле и приближен к забою, а второй (для смыва пород) размещен на базе гидрокомбайна.
Для отработки полускальных пород на гидротранспорт был создан целый комплекс машин. Была разработана и в 1973-1974 гг. на разрезе им. 50-летия Октября успешно прошла промышленные испытания следующая технология. Взорванные песчаники, аргиллиты и алевролиты экскаватором ЭКГ-4,6 из забоя подавались в приемный бункер самоходного дробильного агрегата АДП-400. После измельчения в дробилке агрегата порода по отвальной консоли поступала в бункер смеситель, где происходил процесс ее смешивания с водой. Образовавшуюся гидросмесь загрузочным аппаратом АЗТ-500 подавали по трубам на гидроотвал. Расстояние транспортирования составляло 2300 м, геодезическая высота подъема - 51 м. Максимальный размер кусков породы, подаваемой в дробильный агрегат, не превышал 900 мм, а
после дробления - 180-200 мм. За время испытаний было разработано 202 тыс. м3 полускальных вскрышных пород. Межведомственная комиссия присвоила агрегату АДП-400 высшую категорию качества.
Проблема разработки плотных пластичных глин на гидротранспорт была окончательно решена благодаря внедрению буровзрывного или экскаваторного (драглайном) рыхления глин перед размывом. Наибольшее распространение буровзрывной способ рыхления глин перед гидромониторным размывом получил на предприятиях Центрального Кузбасса (разрезы им. 50-летия Октября и «Моховский»). Рыхление драглайном глин перед размывом успешно реализовывались на разрезах «Черниговский» и «Кедровский». Подобные схемы хорошо себя зарекомендовали на многих разрезах Кузбасса и сейчас используются в качестве типовых.
Что можно сказать о совершенствовании технических средств в современных условиях? В последнее время на разрезах Кузбасса применяли главным образом гидромониторы ГМД-250М, которые в подавляющем числе случаев работают с насадками 100 и 110 мм. На разрезах «Кедровский» и «Талдинский» стали применять гидромониторы Т-469М (Т-521) и ГД-300 (рис. 1), которые имеют большие по сравнению с ГМД-250М проходные сечения проточных каналов и диаметры насадок. Для них предусматривается использование насадок диаметром 125, 140, 150, 165 и 175 мм.
В современных условиях управления координация работы гидромеханизации и сбор статистических показателей работы даже для разрезов ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» практически отсутствует. Нет единого управления столь специфичным видом комплексной механизации открытых горных работ, единого и опытного проектировщика, да и очевидная нехватка высококвалифицированных специалистов. Каждый карьер действует самостоятельно, но бесконтрольно. Кто-то приобретает дорогое импортное оборудование, а кто-то довольствуется использованием разработанных в первой половине прошлого века (хотя и довольно удачной конструкции) землесосов 3ГМ-2М. В результате неправильный режим эксплуатации привел к выходу из строя дорогих немецких землесосов ШБС18*20 (рис. 2).
Рис. 1. Гидромонитор ГД-300 на Рис. 2. Немецкие землесосы разрезе «Кедровский» ШБС 18*20-54.9
Этот факт еще раз доказывает необходимость привлечения опытных специалистов и проведения инженерных расчетов при принятии решений.
Технико-экономический анализ эффективности разработки вскрышных пород на разрезах ОАО «УК «Кузбассразрез-уголь» показал, что удельные эксплуатационные затраты на разработку вскрышных пород средствами гидромеханизации увеличились в относительно небольшом диапазоне - от 0,85 до 1,33 [3]. Сопоставление затрат по видам технологии их отработки производилось в относительных единицах с целью сохранения коммерческой тайны предприятий. В качестве единицы измерения была принята величина удельных эксплуатационных затрат на разработку вскрышных пород средствами гидромеханизации - среднее значение для разрезов ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» за 2007 г.
Абсолютные значения удельных эксплуатационных затрат на разработку вскрышных пород средствами гидромеханизации за анализируемый период превышают аналогичный показатель экскавации на борт, близки по значению к величине затрат при применении авто- и железнодорожного транспорта и значительно ниже в сравнении с комбинированной технологией.
При этом четко прослеживается зависимость между удельными эксплуатационными затратами и коэффициентом нагрузки. Значение этого коэффициента определяется как отношение возможной сезонной производительности участка гидромеханизации к фактической величине объема гидровскрыши. Вполне очевидно, что чем ближе фактическая производительность гидрокомплекса к его техническим возможностям, тем
меньше величина удельных эксплуатационных затрат при применении гидромеханизированной технологии. Весьма вероятно, что значение этого коэффициента позволит понять причину довольно значительного диапазона изменения себестоимости отработки вскрышных пород гидрокомплексами на разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь». Например, минимум затрат наблюдается на Моховском и Сартакинском разрезах, где их величина составляет 0,34-0,44 дол. отн. ед. (2007 и 2008гг.) при коэффициенте нагрузки 1,005 до 1,063. Логично выглядят высокие затраты на разрезе «Крас-нобродский» и «Талдинский», когда их величина составляет 5,60 (2009 г.) и 5,94 (2011 г.) дол. отн. ед. при коэффициентах нагрузки соответственно 0,290 и 0,220. Вполне справедливо утверждать, что при годовой производительности гидроучастка близкой по величине к проектной, затраты на разработку гидрокомплексом значительно ниже по сравнению с любой транспортной технологией. В те периоды, когда по каким-то причинам (отработка объемов будущих периодов, отсутствие возможности укладки пород в гидроотвал и т.п.) годовая производительность снижалась, удельные эксплуатационные затраты на гидровскрышу резко возрастали. Учитывая не меньший рост затрат на альтернативные технологии, можно сказать, что снижение объема гидровскрыши не связано с ростом затрат на ее реализацию. Вероятно, что для ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» основной причиной снижения объемов гидровскрышных работ является сокращение четвертичных пород в контурах разрезов. Должны быть другие причины.
В Кузбассе имеется большей опыт использования гидромеханизации. Однако, сейчас «высококлассных» специалисты не хватает, многие из них ушли на пенсию. К сожалению, ни проектировщики, ни сотрудники технических служб, да и студенты - будущие инженеры не владеют необходимыми знаниями и современными методиками расчета параметров систем гидромониторно-землесосного комплекса, а в результате - боятся применять данную технологию.
Возможно главной причиной отказа от применения гидромеханизации даже для специалистов, которые уже имеют определенный опыт работы, рассуждают примерно так: зачем опять таскать плащ, обувать резиновые сапоги, месить грязь и
«напрягать голову». Посоветоваться со специалистами невозможно, деньги на науку не выделяют... Собственник, если ему будет нужен уголь, купит новый экскаватор, самосвал или тепловоз. Так работать значительно легче. Инженер не считает необходимым участвовать в повышении эффективности производства, он не заинтересован в этом!
В связи со сложившимся положением в области производства вскрышных работ гидромониторно-землесосными комплексами, целесообразно в рамках Угольной компании сформировать специализированное подразделения «Гидромеханизация». В этом случае могут добиться: централизации технического управления и ведения единой научно-обоснованной технической политики; эффективного использования опыта высококвалифицированных специалистов; технического перевооружения, типизации параметров основного оборудования гидрокомплексов, роста производительности труда и снижения издержек; единого централизованного сервисного обслуживания, сокращения численности ремонтников и запасов запчастей.
В заключении можно сказать, что гидромеханизация на угольных разрезах в настоящее время может использоваться для выполнения следующих задач: непосредственные разработки четвертичных вскрышных пород (наносов); для добычи строительных материалов - песка и гравия, которые извлекаются из вскрышных пород в процессе их гидромеханизированной разработки; для добычи угля землесосными снарядами из обводненных месторождений; рекультивации нарушенных горными работами земель при формировании экологически адекватного техногенного рельефа из гидросмеси потенциально плодородных четвертичных вскрышных пород - наносов; выполнение комплекса работ по ликвидации и консервации карьеров; строительства рекреационных зон на объектах открытой добычи полезных ископаемых. При этом наибольшая эффективность гидромеханизации достигается при единовременном выполнении двух или нескольких из перечисленных задач, например, разработка четвертичных вскрышных пород и извлечение строительных материалов; разработка вскрышных пород, строительство рекреационных зон и рекультивация нарушенных земель.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. М. «Недра», 1979.
2. Чаплыгин В.В. К вопросу применения гидромеханизации на разрезах Кузбасса. // Маркшейдерия и недропользование. - 2015. - № 1.
3. Поклонов Д.А. Гидромониторно-землесосные комплексы на разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» / Д. А. Поклонов, Ю. И. Литвин // Сб. докладов VI съезда гидромеханизаторов России «Инновационная направленность гидромеханизации горных и строительных работ. 8-10 февраля 2012г. -М.: Изд-во ООО «Центр инновационных технологий», 2012. ШИН
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Чаплыгин Валерий Васильевич - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой, Институт горного дела и геосистем Сибирского государственного индустриального университета, chief.v.v@yandex.ru, Демченко Александр Васильевич - кандидат технических наук, преподаватель, Институт инженерной экологии и химического машиностроения МГМУ (МАМИ), demchenko_av@mail.ru.
UDC 622.271.6(075.8)
THE STATUS AND PROSPECTS OF HYDROMECHANIZATION ON COAL OPEN MINES IN KUZBASS
Chaplygin V.V., professor of department, k.t.s., (Institute of mining and geosys-tems, Novokuznetsk), Russia,
Demchenko A.V., k.t.s., (Institute of environmental engineering and chemical engineering MGMU(MAMl)), Russia.
The article presents a retrospective, current status and possible areas of technical improvement dredging of open coal mines in Kuzbass.
Key words: the dredging of surface mining, opportunities, technology, technical tools, the open coal mines in Kuzbass.
REFERENCES
1. Nurok G.A. Processy i tehnologija gidromehanizacii otkrytyh gornyh rabot (Processes and technology dredging surface mining). Moscow. «Nedra», 1979.
2. Chaplygin V.V. K voprosu primenenija gidromehanizacii na razrezah Kuzbassa (To the question of the application of dredging at the coal mines of Kuzbass) // Markshejderija i nedropol'zovanie. 2015. No 1.
3. Poklonov D.A. Gidromonitorno-zemlesosnye kompleksy na razrezah OAO «UK «Kuzbassrazrezugol'» (Water jet-suction complexes at the coal mines of JSC «Kuzbassrazre-zugol») / D. A. Poklonov, Ju. I. Litvin // Sb. dokladov VI s'ezda gidromehanizatorov Rossii «Innovacionnaja napravlennost' gidromehanizacii gornyh i stroitel'nyh rabot. 8-10 fevralja 2012g. Moscow: Izd-vo OOO «Centr innovacionnyh tehnologij», 2012.
