CC BY
15
© С.Я. Левенсон, Л.И. Гендлина, А.В. Морозов, В.М. Усольцев, 2016
УДК 622.271
С.Я. Левенсон, Л.И. Гендлина, А.В. Морозов, В.М. Усольцев
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ АВТООТВАЛОВ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Одной из основных технологических операций при открытой разработке полезных ископаемых является отвалообразование. По мере увеличения глубины карьеров происходит рост объемов перемещаемых вскрышных пород. Интенсифицировать вскрышные работы возможно за счет использования горнотранспортного оборудования повышенной мощности и грузоподъемности. Но использование такого оборудования в ряде случаев ограничено из-за большой собственной массы. Обеспечить безопасные условия работы, как правило, не удается из-за низкой прочности и устойчивости отвального массива. Проблема решается, если место разгрузки автосамосвала удалить за границу призмы возможного обрушения, что достигается при использовании в процессе отвалообразования предложенного в ИГД СО РАН самоходного вибрационного отвало-образователя. Обеспечить безопасность работ при отсыпке отвального массива можно и за счет повышения его устойчивости. Для этого предложено уплотнять слагающие отвал породы разработанным для этого вибрационным устройством. Наиболее безопасные условия эксплуатации большегрузных автосамосвалов обеспечиваются при совместном применении отвалообразующих вибрационных устройств. Использование предложенного оборудования позволяет формировать более безопасные и эффективные транспортные системы при вскрытии глубоких горизонтов карьеров. Ключевые слова: автомобильный отвал, безопасность, вибропитатель, эффективность, устойчивость отвального массива, прочность отвального массива, вибрационный отвалообразователь.
Добыча полезных ископаемых открытым способом выполняется машинами и механизмами различного назначения, которые обеспечивают единый технологический процесс, включающий основные и вспомогательные операции. Одной из основных технологических операций является отвалообразова-ние, от эффективности и безопасности которого зависит работа всего предприятия [1].
В последние годы проявляется тенденция значительного углубления карьеров, что влечет за собой увеличение объемов перемещаемых вскрышных пород. Использование машин с повышенной мощностью и грузоподъемностью позволяет интенсифицировать вскрышные работы. Однако применение оборудования, имеющего значительную собственную массу, ограничено, т.к. прочность и устойчивость отвального массива не позволяют обеспечить его безопасную эксплуатацию при формировании породных отвалов.
В настоящее время основным видом транспорта для доставки породы на отвалы являются автосамосвалы. Анализ аварий и несчастных случаев [2] показывает, что одной из наиболее опасных технологических операций является перевозка горной массы карьерными автосамосвалами, при этом падение автосамосвалов при маневрировании и разгрузке на отвалах составляет 15% от общего количества опасных производственных ситуаций.
При доставке вскрышных пород на отвал автосамосвалами используют бульдозерный способ отвалообразования, который эффективен, когда разгрузка осуществляется под откос или вблизи бровки отвала, а оставшаяся часть породы сталкивается бульдозером. Во время выполнения работ автосамосвал и бульдозер могут находиться в зоне возможного обрушения откоса отвала, что не обеспечивает безопасных условий эксплуатации тяжелой техники.
Исследования, проведенные в ИГД СО РАН [3, 4, 5], показывают, что интенсифицировать транспортные работы на карьерах можно за счет использования вибрационной техники.
Вибрационное оборудование различного назначения используется во многих отраслях промышленности, в том числе и горнодобывающей. В Институте накоплен большой опыт разработки и исследования вибрационных питателей, конструкции которых отличаются многообразием. Большинство из них состоит из рабочего органа, вибровозбудителя и упругих связей [6].
Вибрационные питатели с жестким рабочим органом и упругими связями устанавливают на мощные фундаменты, чтобы уменьшить вибрации, передаваемые на основание. Общим недостатком таких машин является зависимость допустимых динамических нагрузок от прочности элементов системы упругих связей, что делает невозможной разгрузку автосамосвала непосредственно на поверхность их рабочих органов.
Рис. 1. Схема вибрационного транспортирующего устройства ВТУ-6: 1 — упругий рабочий орган; 2 — дебалансный вибровозбудитель; 3 — амортизатор; 4 — рама; 5 — упругий элемент; 6 — приводной электродвигатель
Особое место в ряду вибрационной техники, используемой для выпуска и доставки сыпучих материалов, занимают вибрационные машины с упругим рабочим органом (виброленты), что объясняется принципиальными отличиями конструктивных схем этих устройств. В вибролентах отсутствует амортизационная система, нет необходимости в мощных фундаментах. Основная их особенность заключается в том, что перемещение материала осуществляется рабочим органом, представляющим собой относительно тонкий металлический лист, совершающий волновые колебания [7].
Благодаря отсутствию системы упругих связей между рамой и рабочим органом, виброленты способны воспринимать значительные динамические нагрузки. Грузоподъемность таких машин ограничена лишь механической прочностью рамы или сплошного основания.
Результаты исследований и создания вибротранспортирую-щих машин с протяженным рабочим органом позволили разработать отвалообразователь [3], который представлял собой конструкцию из четырех вибрационных устройств (рис. 1), установленных на раме с бортами под углом 10° к горизонту.
Рис. 2. Промышленные испытания отва- на виброплощадки отва-
Его работоспособность была подтверждена испытаниями в промышленных условиях на предприятиях Урала и Кузбасса (рис. 2). Отвалообразователь размещался на специально создаваемой по всей длине отвального фронта берме. Автосамосвалы (грузоподъемность 40 т) разгружались
лообразователя
лообразователя, затем по-
рода перемещалась под откос отвального яруса. Результаты промышленных испытаний подтвердили, что использование вибрационного отвалообразователя обеспечивает удаление места разгрузки автосамосвала от кромки откоса отвального яруса за призму возможного обрушения, что существенно повышает безопасность автомобильного отвалообразования.
Однако необходимость создания специальной бермы для размещения такого устройства увеличивает время подготовительных работ и усложняет общую технологию отсыпки отвала. Эта машина разрабатывалась для приема горной массы с автосамосвалов относительно небольшой грузоподъемности. Кроме того, в ее конструкции использованы вибровозбудители с внешним приводом, обладающие недостаточной надежностью из-за наличия механической передачи.
Используя результаты ранее выполненных исследований, в ИГД СО РАН был разработан самоходный вибрационный от-валообразователь (рис. 3), который позволяет обеспечить эф-
Рис. 3. Самоходный вибрационный отвалообразователь: 1 — опорная рама; 2, 3 — силовые гидроцилиндры; 4 — грузонесущий орган; 5 — упоры
фективную и безопасную работу современных автосамосвалов большой грузоподъемности при формировании отвалов.
Отвалообразователь состоит из опорной рамы 1, на которой при помощи силовых гидроцилиндров 2 и 3 установлен грузо-несущий орган 4, в днище которого размещены вибрационные транспортирующие устройства.
Технология отвалообразования с использованием предложенного самоходного вибрационного отвалообразователя заключается в следующем. Механизмом передвижения вибрационный отвалообразователь устанавливается у кромки откоса отвального яруса так, чтобы разгрузочный участок грузонесу-щего органа располагался за кромкой откоса отвального яруса. Автосамосвал с разворота задним ходом приближается к нему до контакта колес с упорами 5 (рис. 3, а), которые расположены в грузонесущем органе, и осуществляется выгрузка породы из кузова. После его отхода грузонесущий орган 4 силовыми гидроцилиндрами 2 и 3 переводится в положение разгрузки (рис. 3, б), осуществляется запуск вибрационных транспортирующих устройств, и порода перемещается под откос отвала. Затем грузонесущий орган силовыми гидроцилиндрами переводится в исходное положение, и следующий автосамосвал осуществляет его загрузку. Передвижение вибрационного отвалообразователя к новому месту стоянки выполняется вдоль кромки откоса отвального массива после заполнения пространства под отвальной консолью.
Длина самоходного вибрационного отвалообразователя выбрана такой, чтобы обеспечить размещение места разгрузки автосамосвала за границей призмы возможного обрушения. Расстояние от места разгрузки до кромки откоса отвального яруса принимается в соответствии с требованиями безопасности ведения работ.
В настоящее время изготовлен и прошел испытания на полигоне ИГД СО РАН экспериментальный образец самоходного гидрофицированного вибрационного отвалообразователя для работы с автосамосвалом грузоподъемностью 10 т [8]. Испытания подтвердили возможность применения разработанной в Институте конструктивной схемы при проектировании и разработке отвалообразователя для работы с современными автосамосвалами грузоподъемностью 220...320 т.
Повысить безопасность работ при отсыпке отвала можно за счет уплотнения слагающих его пород. Имеющийся в Институте опыт создания ударных и вибрационных устройств
может служить базой для создания самоходных уплотняющих устройств, использование которых целесообразно на отвалах вскрышных пород с различными прочностными характеристиками и, в первую очередь, на отвалах с неустойчивыми породами и слабым основанием.
Предлагаемая технология отвалообразования заключается в следующем. На поверхности отвала размещается устройство для формирования устойчивого отвального массива, состоящее из рамы 1 (рис. 4), на которой смонтированы блок статической обработки 2, выполняющий одновременно функцию механизма передвижения и блок 3 с вибровозбудителями для динамической обработки отвального массива.
Устройство с помощью механизма передвижения 1 (рис. 5, а), устанавливается перпендикулярно кромке откоса отвального массива таким образом, чтобы блок динамической обработки 2 оказался вблизи неустойчивой зоны отвального массива 3, а катки механизма передвижения опирались на его уплотненную устойчивую зону 4. При рабочем ходе перемещение устройства осуществляется по стрелке А (рис. 5, а). Порода, доставленная на отвал автосамосвалами, сталкивается под откос ножами блока динамической обработки, а неустойчивая зона отвального массива уплотняется или обрушается за один или несколько циклов. Одновременно производится планировка поверхности отвального массива.
Для перестановки на соседний участок (параллельно предыдущему положению) устройство приводится в транспортное положение (рис. 5, б). При перемещении устройства (по стрел-
Рис. 4. Устройство для формирования устойчивого отвального массива: 1 — рама, 2 — механизм передвижения, 3 — блок динамической обработки
Рис. 5. Схема работы устройства для формирования устойчивого отвального массива: 1 — механизм передвижения; 2 — блок динамической обработки; 3 —неустойчивая зона отвального массива; 4 —устойчивая зона отвального массива
ке А или Б) повороты или корректировка траектории его движения осуществляются изменением скорости вращения катков механизма передвижения.
При обрушении материал заполняет нижерасположенное пространство отвала, увеличивая также его устойчивость за счет дополнительного подпора нижних слоев, залегающих в основании.
Конструктивно механизм передвижения и блок динамической обработки должны располагаться на раме достаточной длины таким образом, чтобы во время воздействия на неустойчивую зону отвального массива блоком динамической обработки, механизм передвижения опирался на устойчивую зону отвального массива (за призмой возможного обрушения) и осуществлял ее дополнительное статическое уплотнение. Задние колеса автосамосвала при его разгрузке будут также располагаться в этой зоне, что сводит к минимуму возможность возникновения аварийной ситуации при внезапном развитии закола или оползня.
Повысить безопасность эксплуатации автосамосвалов можно при совместном использовании устройства для формирования устойчивого отвального массива и самоходного гидро-фицированного вибрационного отвалообразователя. Работа комплекса может быть организована следующим образом. Вибрационный отвалообразователь, перемещаясь вдоль кромки отвального яруса, формирует слой породы, представляющий
собой неустойчивую зону 3 (рис. 5). Затем производится динамическая обработка этого слоя с помощью устройства для формирования устойчивого отвального массива, как описывалось выше. Такая схема формирования отвала позволяет отказаться от использования в его опасной приконтурной зоне дорогостоящего бульдозера и исключить возможность падения автосамосвалов, разгружающихся в приемную емкость грузонесущего органа вибрационного отвалообразователя.
Выводы
Результаты проводимых в ИГД СО РАН исследований показали, что эффективность и безопасность автомобильного от-валообразования могут быть существенно повышены при использовании вибрационного отвалообразователя совместно с вибрационным устройством для формирования устойчивого отвального массива.
При возникновении в процессе работы деформации отвального массива (трещины, закола, оползня) существует опасность повреждения только отвалообразующих вибрационных устройств, которые могут работать в автоматическом режиме. Но учитывая, что их стоимость в несколько раз меньше стоимости автосамосвала, а также конструктивную «живучесть» установок и отсутствие в опасной зоне людей, последствия любой, самой серьезной аварийной ситуации несравнимы с последствиями аварий автосамосвалов с водителями.
Использование предлагаемого принципиально нового горного оборудования позволяет формировать более безопасные и эффективные транспортные системы при вскрытии глубоких горизонтов карьеров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Трубецкой К.Н., Чантурия В.А., Малышев Ю.Н., Рубан А.Д. Проблемы и перспективы развития угольных энергоресурсов России, безопасных и экологически чистых технологий их освоения / Труды научной сессии РАН «Энергетика России: проблемы и перспективы». — М.: Наука, 2006. - С. 342-346.
2. Яковлев В.Л., Могилат В.Л., Ковалев М.Н., Гусев А.И. Проблемы безопасной эксплуатации автомобильного транспорта на открытых горных работах // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - № 3. - С. 122-124.
3. Молотилов С.Г., Васильев Е.И., Кортелев О.Б., Норри В.К., Ле-венсон С.Я., Гендлина Л.И., Тишков А.Я. Интенсификация погрузочно-транспортных работ на карьерах. - Новосибирск: Издательство СО РАН. 2000.
4. Кортелев О.Б., Ческидов В.И., Молотилов С.Г., Норри В.К. Внешнее отвалообразование на карьерах. — Новосибирск: РИЦ «Золотые слова», 2009.
5. Левенсон С.Я., Гендлина Л.И., Усольцев В.М., Голдобин В.А., Морозов А.В. Патент на ПМ № 121800. МПК В 65 G 27/00 (2006.01). Вибрационный отвалообразователь № 2012124277/03; заявл. 13.06.2012; опубл. 10.11.2012, Бюл. № 31 - 2 с.: ил.
6. Бауман В.А. Вибрационные машины и процессы в строительстве. — М.: Высшая школа, 1977. — 255 с.
7. Тишков А.Я., Гендлина Л.И., Левенсон С.Я. Вибрационные машины с упругим рабочим органом для горного производства // Известия вузов. Горный журнал. — 1992. — № 10. — С. 117—120.
8. Левенсон С.Я. С.Я., Гендлина Л.И., Морозов А.В., Алесик М.Ю., Усольцев В.М. Условия эффективного использования вибрационной техники на автомобильных отвалах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № 5. — С. 230—235. firm
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Левенсон Самуил Яковлевич — кандидат технических наук, зав. лабораторией,
Гендлина Людмила Ивановна — кандидат технических наук,
старший научный сотрудник,
Морозов Алексей Васильевич — научный сотрудник,
Усольцев Владимир Михайлович — научный сотрудник,
e-mail: alex02@ngs.ru, lev@misd.nsc.ru,
Институт горного дела им. Н.А. Чинакала
Сибирского отделения РАН (ИГД СО РАН).
UDC 622.271
S.Ya. Levenson, L.I. Gendlina, A.V. Morozov, V.M. Usoltsev
IMPROVEMENT OF DUMPING IN OPEN PIT MINING
Dumping is one of the basic processes in open pit mining. As open pit mine gets deeper, amount of overburden grows. Stripping can be intensified with higher capacity mining and handling equipment, but it is sometimes impossible to employ such equipment due to its heavy weight. Operating conditions become un-safe because of low strength and stability of a dump.
The paper shows that the indicated problem is resolvable by means of arranging truck dump areas beyond the boundaries of a probable failure wedge, which is achieved in dumping with the self-propelled vibrating stacker designed at the Chinakal Institute of Mining, SB RAS. Furthermore, safety of dumping can be enhanced by increasing the dump stability. To this effect, it is proposed to compact dump rocks by the purpose-designed vibrating machine.
Optimized safety conditions for operation of large dump trucks are provided by joint use of the spreading and compacting vibrating machines.
Application of the proposed equipment enables safe and efficient overburden handling in stripping at deep levels in open pit mines.
Key words: dump, safety, vibrating feeder, efficiency, dump body stability, vibrating stacker.
AUTHORS
Levenson S.Ya.1, Candidate of Technical Sciences, Head of Laboratory,
Gendlina L.I.1, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher,
Usoltsev V.M.1, Researcher,
MorozovA.V.1, Researcher,
e-mail: alex02@ngs.ru, lev@misd.nsc.ru,
1 Chinakal Institute of Mining of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630091, Novosibirsk, Russia.
REFERENCES
1. Trubetskoy K.N., Chanturiya V.A., Malyshev Yu.N., Ruban A.D. Trudy nauchnoy sessii RAN «Energetika Rossii: problemy i perspektivy» (Proc. RAS session on power engineering in Russia: problems and prospects), Moscow, Nauka, 2006, pp. 342—346.
2. Yakovlev V.L., Mogilat V.L., Kovalev M.N., Gusev A.I. Gornyy informatsionno-ana-liticheskiy byulleten'. 2004, no 3, pp. 122—124.
3. Molotilov S.G., Vasil'ev E.I., Kortelev O.B., Norri V.K., Levenson S.Ya., Gendlina L.I., Tishkov A.Ya. Intensifikatsiya pogruz,ochno-transportnykh rabot na kar'erakh (Intensification of handling and transportation operations in open pit mines), Novosibirsk, SO RAN, 2000.
4. Kortelev O.B., Cheskidov V.I., Molotilov S.G., Norri V.K. Vneshnee otvaloobra-zovanie na kar'erakh (External dumping in open pit mines), Novosibirsk, Zolotye slova, 2009.
5. Levenson S.Ya., Gendlina L.I., Usoltsev V.M., Goldobin V.A., Morozov A.V. RF Utility Patent No. 121800, Vibrating Stacke, 10.11.2012.
6. Bauman V.A. Vibratsionnye mashiny iprotsessy vstroitel'stve (Vibrating machines and processes in construction), Moscow, Vysshaya shkola, 1977, 255 p.
7. Tishkov A.Ya., Gendlina L.I., Levenson S.Ya. Izvestiya vuzov. Gornyy zhurnal. 1992, no 10, pp. 117-120.
8. Levenson S.Ya. S.Ya., Gendlina L.I., Morozov A.V., Alesik M.Yu., Usol'tsev V.M. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2011, no 5, pp. 230-235.
¿Ü
НОВИНКИ ИЗДАТЕЛЬСТВА «ГОРНАЯ КНИГА»
ДО 1Д1С М41Ч14
Сборник международных горных кодексов. JORC, VALMIN, Австралийское руководство по оценке и классификации угольных ресурсов
Год: 2015 Страниц: 248 ISBN: 978-5-98672-407-2 UDK: 553.04
Ч/^
Для инженерно-технических работников горно-обогатительных и металлургических предприятий, проектных и научно-исследовательских организаций. Может быть использована в учебном процессе профильных вузов.
