CC BY
14
УДК.622.271
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГЕОТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ ТОНКИХ РУДНЫХ ТЕЛ С ПРИМЕНЕНИЕМ СТРЕЛОВОГО КОМБАЙНА
А.Ю. Чебан
Предлагается вести высокоселективную выемку тонких крутонаклонных рудных тел с применением модернизированного стрелового комбайна, оборудованного приемно-сортировочным агрегатом с системой пневмотранспортирования мелких фракций и бункером. Приемно-сортировочный агрегат обеспечивает совмещенную схему перемещения отбитой горной массы в транспортное средство, а также выделение из руды мелких фракций обогащенных ценным компонентом. Наличие двухсекционного бункера позволяет вести безостановочное фрезерование массива при замене автосамосвалов под погрузку, что повышает производительность комбайна. Предлагаемое технико-технологическое решение даст возможность вовлечь в отработку маломасштабные месторождения или их участки, освоение которых ранее считалось нерентабельным.
Ключевые слова: механическое рыхление, горная масса, фрезерный рабочий орган, телескопическая стрела, конвейер, бункер, мелкие фракции руды, автосамосвал.
В связи с постепенным истощением минерально-сырьевой базы благородных металлов Дальневосточного региона добывающие организации вынуждены вовлекать в эксплуатацию месторождения или их отдельные участки, ранее не представлявшие значительного интереса для промышленного освоения в связи с их сложной геологической структурой, малыми запасами или трудностями, связанными с извлечением полезных компонентов из рудной массы. Технико-экономическое обоснование по возможности разработки зачастую показывает, что освоение подобных объектов с применением традиционных технологий является нерентабельным. Таким образом, все усложняющиеся горно-геологические и горнотехнические условия освоения на фоне снижения качественных параметров руд предопределяют необходимость совершенствования горного оборудования и технологических схем его применения [1 - 3]. При этом значительное внимание должно быть направлено на снижение энергоемкости ведения работ, углубление селекции, обеспечение экономии природных ресурсов, уменьшение загрязнения окружающей среды и количества получаемых отходов [4 - 6]. Минеральное вещество в границах месторождения обычно распределяется неравномерно и в ряде случаев образует так называемые кластерные структуры, которые представлены в виде участков с относительно высокой концентрацией ценных минералов. Для золоторудных месторождений во многих случаях характерно, что в 10...25 % объема рудной массы содержится до 80.90 % полезного компонента [7], таким образом, большая часть добываемой и перерабатываемой горной
массы имеет относительно низкие содержания полезного компонента, что ведет к разубоживанию богатых руд.
Одним из объектов, имеющим сравнительно небольшие запасы металла и достаточно сложную геологическую структуру, отработка которого с применением традиционных технологий не рентабельна, является Харгинский золоторудный узел, который располагается в Верхне-Селемджинском районе Амурской области. Рудные тела Харгинского рудного узла в основном имеют угол падения 30...50°, преобладают рудные тела жильного типа незначительной глубины оруденения - 10.30 м, редко до 180.320 м [8]. Протяженность жил достигает первых сотен метров, а их мощность изменяется от 0,1 до 1,3 м, в поперечном сечении жилы в большинстве случаев имеют четковидную форму, часто ветвятся. Руды имеют массивное брекчиевое строение, встречаются также полосчатые и друзовидные. Содержание золота колеблется в пределах 20.50 г/т, в зоне окисления установлены содержания до 380 г/т. Вдоль некоторых разломов локализованы штоки золотоносных метосоматических кварцитов. Вмещающие породы представлены метапесчаниками, зеленокаменными мета-морфитами, графитистыми и альбит-слюдисто-кварцевыми сланцами. Рудные жилы сложены на 95.97 % кварцем, преобладающий рудный минерал - арсенопирит, второстепенный жильный минерал - альбит. Золото тонкозернистое (раннее, проба 636) и прожилково-вкрапленное (более позднее, проба 850.910), нередко золото встречается в сростках с арсено-пиритом. Из некоторых рудных жил попутно извлекается шеелит (вкрапленность в кварце, прожилки и линзы).
Наиболее эффективным способом подготовки прочных горных пород к выемке при разработке месторождений является взрывное рыхление. Однако рыхление вмещающих пород и тонких рудных тел Харгинского рудного узла сложной формы с изменяемым углом падения, мощностью первые десятки сантиметров с помощью взрыва приведет к перемешиванию полезного ископаемого с пустыми породами. Это усложнит процесс последующей переработки и обогащения руды, увеличит стоимость работ и снизит рентабельность горно-обогатительного производства.
Для повышения селективности выемки разработку тонких рудных тел, сложенных относительно прочными горными породами, целесообразно осуществлять с использованием механических средств рыхления и выемки. Выбор типа горного оборудования зависит от прочности горных пород, необходимого уровня селекции, мощности и угла падения рудного тела. Согласно акад. В.В. Ржевскому, по углу падения залежи подразделяются на горизонтальные и пологие с углами падения до 8.10о, наклонные - с углами падения до 25.30о, крутонаклонные - с углами падения более 25.30о и крутые - с углами падения 56. 90о [9].
Для механического рыхления горизонтальных, пологих и наклонных рудных тел применяются бульдозерно-рыхлительные агрегаты, фре-
зерные машины и карьерные комбайны послойного фрезерования. Разработка относительно прочных тонких рудных тел крутого падения по уступной технологии может осуществляться стреловыми комбайнами, а также одноковшовыми экскаваторами со сменным навесным оборудованием в виде рыхлителя, гидромолота и фрез разных конструкций. Стреловые комбайны используются на разработке сложноструктурных залежей, исполнительный рабочий орган данных машин располагается на стреле и может отрабатывать уступы высотой до 4,5 - 7,5 м [10 - 11]. Разрыхленная горная масса осыпается на подошву забоя, откуда загрузочным органом подается на разгрузочный конвейер комбайна, в связи с чем увеличивается энергоемкость процесса погрузки, поскольку всю разрыхленную горную массу приходится поднимать с уровня подошвы забоя в транспортное средство. Разрыхленная сменным навесным оборудованием экскаватора горная масса также ссыпается к подошве забоя, после чего осуществляется замена рыхлящего органа на ковш и производится погрузка горной массы в транспорт, либо используется дополнительное погрузочное средство. Однако при осыпании и частичном аккумулировании горной массы на подошве забоя может происходить ее перемешивание, что при разработке сложноструктурных залежей понизит глубину получаемой селекции.
В случае разработки тонких рудных тел крутонаклонного падения разрыхленная горная масса не осыпается полностью к подошве забоя, а частично задерживается на откосе уступа, особенно это характерно для забоев с углами до 40.45о, что затрудняет процесс рыхления и выемки тонкого рудного тела.
Известны конструктивные схемы карьерных экскаваторов (стреловых комбайнов) со специальным рабочим оборудованием, исключающим ссыпание разрыхленной горной массы на поверхность забоя, за счет совмещенной схемы выемки и перемещения горной массы в транспортное средство, когда исполнительный рабочий орган, расположенный на стреле, подает горную массу непосредственно на приемный конвейер, также установленный на стреле [12 - 13]. Далее горная масса через передаточный и отвальный конвейеры подается в транспортное средство. Недостатками стреловых комбайнов и карьерных экскаваторов, представленных в работах [10 - 13] является необходимость остановки выемочных машин при замене автосамосвалов под погрузкой как в случае заполнения кузова, так и по причине перехода выемочной машины к отработке другого типа горных пород, что снижает производительность ведения работ.
Также необходимо отметить, что при экскавации горной массы и ее последующей перегрузке по транспортерам и конвейерам выемочных машин, погрузке транспортных средств и их перемещении к месту разгрузки происходит частичное выдувание мелких фракций руды. Особенностью руд благородных металлов в процессе их взрывного или механического рыхления является концентрация полезного компонента в мелких фракциях.
Исследования характера распределения золота и серебра в мелких фракциях, теряемых в трещинах и нервностях поверхностей горных выработок при подземной разработке рудника «Ирокинда», показали, что в классах размером менее 6 мм содержания золота составляют 7.29 г/т, серебра - 7.44 г/т, а во фракциях размером более 6 мм - золота менее 3 г/т, серебра - 5 г/т [14], в связи с чем на руднике «Ирокинда» слой, обогащенный рудной мелочью, который оставался в очистном пространстве рудника в трещинах и неровностях выработок, решено было удалять с помощью вакуумных установок. Рудная мелочь всасывается через форсунку и транспортируется по гибкому трубопроводу на расстояние до 200 - 300 м к накопительному бункеру. Применение данного оборудования позволило на 4 % повысить коэффициент извлечения полезных ископаемых из недр, срок окупаемости установок составил 4 месяца. Известны конструктивные схемы карьерных комбайнов, оборудованных транспортно-сортировочным агрегатом для повышения качества угля путем удаления из него мелких фракций [15].
Целью исследования являются совершенствование технологии выемки тонких крутонаклонных рудных тел и модернизация стрелового комбайна для обеспечения высокоселективной выемки тонких рудных тел, повышения производительности ведения горных работ и снижения потерь мелких фракций руды, обогащенных полезным компонентом.
Автором предлагается усовершенствованная технология выемки тонких крутонаклонных рудных тел, и конструкция модернизированного стрелового комбайна для ее осуществления. В ходе эксплуатационной разведки уточняются контуры рудных тел, и составляется цифровая модель месторождения. Рыхление вскрышных и вмещающих горных пород производится с применением буровзрывных работ, при этом диаметр взрывных скважин и их сетка принимаются в соответствии с физико-техническими параметрами горных пород. Область пустых пород, примыкающая к висячему боку тонкого рудного тела, ослабляется путем взрывания кумулятивных зарядов, установленных в наклонных скважинах малого диаметра, пробуренных параллельно висячему боку рудного тела, с оставлением предохранительного целика для исключения примешивания рудной массы к пустым породам. Взорванные пустые породы удаляются одноковшовым карьерным экскаватором с образованием уступов высотой, равной высоте выемки стрелового комбайна. Выемка предохранительного целика, тонкого рудного тела, а также зон прожилко-вания осуществляется модернизированным стреловым комбайном, который позиционируется в забое с учетом данных цифровой модели месторождения. Рабочее оборудование модернизированного стрелового комбайна 1 включает фрезерный рабочий орган 2 с датчиком контроля 3 горной массы, раму 4, приемно-сортировочный агрегат 5, телескопическую стелу 6, установленную на поворотной стойке 7, промежуточный конвейер 8, бункер 9, питатель 10, разгрузочный конвейер 11, систему пневмотранспортирования 12 рудной мелочи (рисунок).
4 2 29
а
А
Конструкция модернизированного стрелового комбайна: а - общий вид; б, в - фрезерный рабочий орган и приемно-сортировочный агрегат соответственно в верхнем и нижнем рабочих положениях
Вращение фрезерного рабочего органа 2 и его поворот на раме 4, подъем-опускание, поворот в плане и выдвижение телескопической стрелы 6 осуществляются посредством элементов гидропривода стрелового комбайна 1. Приемно-сортировочный агрегат 5 состоит из корпуса 13 с всасывающими патрубками 14, 15 системы пневмотранспортирования 12, скребкового транспортера 16 и классификационной решетки 17 с перекрывающимися щелями. Приводная станция 18 промежуточного конвейера 8 установлена на выдвижной секции 19 телескопической стрелы 6 и перемещается вместе с ней, двигая за собой весь промежуточный конвейер 8, который на роликах 20 перекатывается по направляющим коренной секции 21 телескопической стрелы 6. Бункер 9 заслонкой 22 делится на верхнюю 23 и нижнюю 24 секции. Рабочее оборудование установлено на платформе с гусеничным шасси.
Модернизированный стреловой комбайн 1 фрезерным рабочим органом 2 ведет рыхление пустых пород предохранительного целика 25, при этом разрыхленная горная масса ссыпается на скребковый транспортер 16 приемно-сортировочного агрегата 5. Щели классификационной решетки 17 перекрыты, и весь объем горной массы подается на промежуточный конвейер 8, затем в бункер 9, а оттуда через питатель 10 и разгрузочный конвейер 11 - в автосамосвал (на рисунке не показан). Стреловой комбайн 1 путем поворота, подъема и выдвижения телескопической стрелы 6 отрабатывает уступ 26.
После отработки предохранительного целика 25 на данном участке уступа 26 начинается отработка тонкого рудного тела 27 (см. рисунок, а). Смена типа отрабатываемой горной массы регистрируется датчиком контроля 3, при этом щели классификационной решетки 17 открываются, в результате чего из рудной массы перемещаемой скребковым транспортером 16 начинают просеиваться мелки фракции, обогащенные полезным компонентом. Мелкие фракции ссыпаются в корпус 13, откуда через всасывающие патрубки 14, 15 по гибкому трубопроводу системы пневмотранспортирования 12 перемещаются в контейнер специального транспортного средства 28. При поднятой телескопической стреле 6 рудная мелочь будет в основном скапливаться в задней части корпуса 13 и удаляться через всасывающий патрубок 14 (см. рисунок, б). При опускании телескопической стрелы 6 рудная мелочь, накопленная в корпусе 13, будет смещаться нижней ветвью скребкового транспортера 16 к всасывающему патрубку 15 и удаляться через него (см. рисунок, в). От скребкового транспортера 16 рудная масса поступает на промежуточный конвейер 8, при этом после окончания движения пустых пород по промежуточному конвейеру 8 заслонка 22 закрывается и разделяет бункер 9 на две секции - 23 и 24 (см. рисунок, а). Рудная масса начинает ссыпаться в верхнюю секцию 23 бункера 9, а оставшаяся пустая порода из нижней секции 24 бункера 9 по питателю 10 и разгрузочному конвейеру 11 в полном объеме перемещается
в автосамосвал, после чего происходит замена автосамосвала, при этом заслонка 22 в бункере 9 открывается, и накопленная там рудная масса по питателю 10 и разгрузочному конвейеру 11 также начинает подаваться в автосамосвал. При встрече с пустыми породами в зоне прожилкования 29 рудного тела 27 вновь производится перекрытие щелей классификационной решетки 17 и заслонки 22 бункера 9, а также смена автосамосвала под погрузку.
В случае заполнения кузова автосамосвала горной массой и необходимости замены его на порожний питатель 10 и разгрузочный конвейер 11 останавливаются, а фрезерование массива с разгрузкой горной массы от промежуточного конвейера 8 в бункер 9, который является аккумулирующей емкостью, продолжается. Таким образом, обеспечивается безостановочная работа модернизированного стрелового комбайна 1 при замене загруженных самосвалов, а также замене автосамосвалов при смене типа разрабатываемой горной породы.
Предлагаемое в статье технологическое решение предполагает рыхление вскрышных пород взрывом, а выемку тонких крутонаклонных рудных тел и оставленных предохранительных целиков - механическим способом, что значительно уменьшит разубоживание и потери руды в процессе добычи. Модернизированный стреловой комбайн осуществляет высокоселективную выемку горных пород массива с обеспечением совмещенной схемы перемещения отбитой горной массы в транспортное средство, в результате чего снижается энергоемкость процесса погрузки. При-емно-сортировочный агрегат дает возможность выделять из руды мелкие фракции, это уменьшает пыление при ведении погрузочных и транспортных работ, а также снижает потери обогащенных ценным компонентом мелких фракций в результате выдувания и просыпания. Наличие двухсекционного бункера позволяет вести безостановочное фрезерование массива при замене автосамосвалов под погрузку как после заполнения, так и по причине смены типа погружаемой горной массы.
Список литературы
1. Оганесян Л. В. Экологические и технико-технологические проблемы освоения нетрадиционных источников минерального сырья // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2019. №2. С. 48-52.
2. Starke L. Breaking New Ground: Mining, Minerals and Sustainable Development. London: IIED, 2016. 480 p.
3. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В. Комбинированная разработка рудных месторождений. М.: Горная книга, 2012. 344 с.
4. Трубецкой К.Н., Шапарь А.Г. Малоотходные и ресурсосберегающие технологии при открытой разработке месторождений. М.: Недра, 1993. 272 с.
5. Чебан А.Ю. Технология разработки сложноструктурного месторождения апатитов и выемочно-сортировочный комплекс для ее осуществления // Записки Горного института. 2019. Т.238. С. 399-404.
6. К вопросу защиты окружающей среды от мелкодисперсной пыли горных предприятий / Г.В. Стась, С.З.К. Калаева, К.М. Муратова, Я.В. Чистяков // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2019. Вып. 1. С. 92-109.
7. Батугин С.А., Черный Е.Д. Теоретические основы опробования и оценки запасов месторождений. Новосибирск: Наука, 1998. 344 с.
8. Атлас многофакторных моделей золоторудных месторождений Дальнего Востока / А.П. Ван-Ван-Е и [др.]. Хабаровск: Изд-во ДВИМС, 2000. 202 с.
9. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Технология и комплексная механизация. М.: Недра, 1985. 549 с.
10. «Интегрированные» технологии отработки сложноструктурных залежей открытым способом / А.П. Бульбашев, В.И. Супрун, А.В. Гаври-лов, А.Б. Билюкин // Горная промышленность. 1998. №1. С. 3-7.
11. Чебан А.Ю. Классификация конструкций карьерных комбайнов // Недропользование XXI века 2015. №5. С. 64-69.
12. Секисов Г.В., Таскаев А.А. Раздельная выемка руд на карьерах. Фрунзе: Илим, 1986. 173 с.
13. Карьерный экскаватор: пат. 2296860 РФ, № 2005133962/03; за-явл. 02.11.05; опубл. 10.04.07, Бюл. №10. 6 с.
14. Павлов А. М., Семенов Ю. М. Применение вакуумной технологии при зачистке руды в условиях криолитозоны рудника «Ирокинда» // ГИАБ. 2007. №11. С. 24-29.
15. Чебан А.Ю. Селективная разработка Эльгинского угольного месторождения с применением выемочно-сортировочного комплекса // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 4. С. 247-254.
Чебан Антон Юрьевич, канд. техн. наук, доц., вед. науч. сотр., cheba-nay@mail.ru, Россия, Хабаровск, Институт горного дела Хабаровского федерального исследовательского центра Дальневосточного отделения Российской академии наук
IMPROVEMENT OF GEOTECHNOLOGY OF EXTRACTION OF THIN ORE MINERALS WITH THE USE OF THE ARROW COMBINE
A.Yu. Cheban
It is proposed to conduct highly selective extraction of thin steeply inclined ore deposits using an upgraded boom harvester equipped with a receiving and sorting unit with a pneumatic conveying system for small fractions and a hopper. The receiving and sorting unit provides a combined scheme for moving the broken rock mass into a vehicle, as well as the separation offine fractions from the ore enriched with a valuable component. The presence of
a two-section hopper allows non-stop milling of the array when replacing dump trucks for loading, which increases the productivity of the combine. The technical and technological solution proposed in the article will make it possible to involve the development of many small-scale deposits or their sections, the development of which was previously considered unprofitable.
Key words: mechanical loosening; rock mass, milling working body, telescopic boom, conveyor, hopper, fine ore fractions, dump truck.
Cheban Anton Yuryevich, candidate of technical sciences, docent, leading researcher, chebanay@mail.ru, Russia, Khabarovsk, Mining Institute of the Khabarovsk Federal Research Center of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Science
Reference
1. Oganesyan L. V. Ecological and technical-technological problems of development of non-traditional sources of mineral raw materials. Mineral resources of Russia. Economics and management. 2019. No. 2. Pp. 48-52.
2. Starke L. Breaking New Ground: Mining, Minerals and Sustainable Development. London: IIED, 2016. 480 p.
3. Kaplunov D. R., Ryl'nikova, M. V., Combined mining of ore deposits. Moscow: Gornaya kniga, 2012. 344 PP.
4. Trubetskoy K. N., Shapar A. G. low-Waste and resource-saving technologies in open field development. Moscow: Nedra, 1993. 272 PP.
5. Cheban A. Yu. Technology for the development of a complex structural birthplace of apatites and a dredging and sorting complex for its implementation. Notes of the Mining Institute. 2019. Vol. 238. Pp. 399-404.
6. On the issue of environmental protection from fine dust of mining enterprises / G. V. Stas, S. Z. K. kalaeva, K. M. Muratova, Ya. V. Chistyakov / / proceedings of the Tula state University. earth science. 2019. Vol. 1. Pp. 92-109.
7. Batugin S. A., Cherny E. D. Theoretical bases of testing and evaluation of deposits ' reserves. Novosibirsk: Nauka, 1998. 344 PP.
8. Atlas of multifactor models of gold deposits in the Far East / A. p. van-van-E and [others] / / Khabarovsk. DVIMS publishing house, 2000. 202 PP.
9. Rzhevsky V. V. Open mining operations. Technology and complex mechanization. Moscow: Nedra, 1985. 549 PP.
10. "Integrated" technologies for processing complex structural deposits in an open way / A. p. Bulbashev, V. I. Suprun, A.V. Gavrilov, A. B. Bilyukin / / Mining industry. 1998. No. 1. Pp. 3-7.
11. Cheban A. Yu. Classification of quarry combine designs / / Subsurface use of the XXI century. 2015. No. 5. Pp. 64-69.
12. Sekisov G. V., Taskaev A. A. Separate extraction of ores in the quarries. Frunze: Ilim, 1986. 173 PP.
13. Quarry excavator: Pat. 2296860 RF, no. 2005133962/03; application. 02.11.05; publ. 10.04.07, Byul. No. 10. 6 s.
14. Pavlov a.m., Semenov Yu. M. the use of vacuum technology for cleaning ore in the conditions of the cryolith zone of the irokinda mine / / GIAB. 2007. No. 11. Pp. 24-29.
15. Cheban A. Yu. Selective development of the Elgin coal Deposit using a dredging and sorting complex. Izvestiya Tula state University. earth science. 2017. Vol. 4. Pp. 247-254.
