CC BY
53
----------------------------------------- © С.Н Иванченко, С. А. Шемякин,
Е.С. Клигунов, 2010
УДК 621.879.38:622.232
С.Н. Иванченко, С. А. Шемякин, Е.С. Клигунов
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СПОСОБОВ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ УСТУПОВ КАРЬЕРОВ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ
В данной рукописи рассмотрен комплексный подход к реконструкции карьера «Малый Куйбас». Выбрано направление развития горных работ, которое позволит ликвидировать отставание по вскрыше и обеспечить выход на проектную производительность карьера по руде. При этом выполнение плана добычных работ, возможно за счет изменения качества добытого рудного сырья и его переработки в стадии горнообогатительного производства.
Ключевые слова: железорудное сырье, руда, карьер.
Неделя горняка
ЛУ' арактерной особенностью большинства угольных месторождений является то, что вскрышной слой практически не содержит крупнообломочных включений и состоит из осадочных песчаных, супесчаных, суглинистых, глинистых пород, которые при отрицательных температурах имеют по шкале М. М. Протодьяконова крепость не более двух единиц и называются «довольно мягкими» [1]. Почти аналогичную характеристику вскрышного слоя по крепости имеют месторождения флюоритов (Ярославский ГОК Приморский край), бокситов (Кольский полуостров) и ряд других месторождений. Глубина сезонного промерзания поверхностного слоя породы может достигать 2,5...3,0 м, что вызывает необходимость разупрочнения массива. Повсеместно на угольных разрезах в зимнее время для разрушения мерзлой породы применяют локальный и массовый взрывы. Недостатком массового взрыва вдоль всего уступа по фронту карьера является вторичное смерзание породы в течение времени, а вместе с тем повы-
шенные нагрузки на экскавационные машины и последующие поломки и простои.
С целью разрушения всего промерзшего слоя породы со стороны откоса уступа высотой 17.. .18 м бурят и закладывают взрывчатые вещества на глубину до 9.12 м (Райчихинский, Богучанский угольные разрезы), а так же бурят наклонные скважины и закладывают взрывчатые вещества в подошве уступа на глубину промерзания породы. Со стороны рабочих и нерабочих площадок уступов бурят скважины и закладывают взрывчатые вещества на глубину промерзания породы. Расстояние между скважинами выбирают 4.5 м из условия исключения после взрыва негабарита породы (рис. 1).
Если просуммировать все затраты на буровзрывные работы, включая стоимость взрывчатых веществ, складские помещения и их охрану, транспорт, стоимость взрывного и бурового оборудования, содержание бригады взрывников и буровиков, простои горной техники в ожидании взрыва и на рассеивание
взрывного облака, то расчетная себестоимость разрушения слоя породы сезонного промерзания в наиболее неблагоприятные по глубине промерзания породы февраль-март месяцы составляет не менее 1,5 усл. ед./м3. Фактическая себестоимость по данным Богучанского и Лучегорского угольных разрезов еще выше. В расчетах себестоимости естественно не учтено то вредное влияние взрывных работ на окружающую среду и здоровье человека, которое трудно представить в денежном выражении.
Резкое повышение стоимости взрывчатых веществ в последние годы, а в ряде случаев и трудности с их приобретением, привело к попыткам отказа от буровзрывных работ. В данной ситуации может быть два пути, которые используют на угольных разрезах в зимнее время. Например, на Лучегорском угольном разрезе определенное время проводились вскрышные работы в зимнее время карьерными экскаваторами без какого-либо предварительного разрыхления промерзшего слоя, используя лишь огневой подогрев ковшей для предотвращения налипания и настывания породы на внутренних поверхностях ковшей. Этот первый путь губителен
для дорогостоящих экскавационных машин и без того изношенных продолжительным сроком службы. Второй путь это использование специальных машин, работающих по принципу механического разрушения поверхностного слоя породы сезонного промерзания. Первые же попытки использовать баро-вые машины для нарезания щелей в мерзлой породе рабочих площадок уступов не увенчались успехом. Баровые машины на базе тракторов из-за низкой производительности, быстрого износа цепей и зубьев не комплектуются с используемыми на вскрышных работах экскаваторами. Кроме того, промерзшая поверхность откоса уступа не может быть разрушена баровыми машинами из-за большого угла наклона откоса.
Более эффективны при рыхлении мерзлых пород навесные рыхлители на тракторах промышленного назначения Т-330, Т-500, Т-800 и т. д., а так же импортные бульдозерно-рыхлительные агрегаты D-155 A-2, D-377A-1, D8L, D9N, D10N и т. д. По данным различных исследователей [2, 3] себестоимость разрушения мерзлых пород рыхлителями и бульдозерно-рыхлительными агрегатами составляет в ценах 2007 года 0,4...0,6
усл. ед./м3. Однако это значение себестоимости разрушения относится к условиям, когда глубина промерзания породы не превышает 1 м. При глубине промерзания породы 2.3 м требуется
4.5 проходов рыхлителя по одному месту и транспортировка породы бульдозерным оборудованием в отвал. В этом случае себестоимость разрушения мерзлой породы резко возрастает и преимущества этого способа перед взрывным утрачиваются, за исключением лучшей экологичности. Следует отметить, что с помощью рыхлителя невозможно разрушить промерзшую породу со стороны откоса уступа.
Анализ мирового парка горных машин показывает, что для разруше-ния или разупрочнения мерзлой породы со стороны поверхности откосов уступов отсутствует какая либо техника и единственным способом на
сегодняшний день остается взрыв.
Альтернативным взрывному способу разупрочнения промерзших рабочих площадок может быть механический, путем отрывки продольных траншей вдоль уступа роторными траншейными экскаваторами. Наиболее эффективен для этой цели отечественный экскаватор марки ЭТР-254-01. Экскаватор ЭТР-254-01 может отрывать траншеи шириной 1,2 м в массиве промерзшем на всю глубину копания до 2,5 м в этом числе и в вечномерзлых породах. Возможность работы ЭТР-254-01 на вечномерзлых породах была подтверждена при строительстве трубопровода Уренгой-Помары-Ужгород [4]. По предлагаемому способу ЭТР-254-01 осуществляет на рабочей площадке вдоль уступа отрывку траншей длиной 44—45 м, глубиной до
2.5 м и шириной 1,2 м с перемычками в 1-1,01 м и сразу же засыпает с помощью
разгрузочного ленточного конвейера с целью предохранения от дальнейшего промерзания (рис. 2). Глубину траншей можно регулировать в зависимости от глубины промерзания породы путем подъема или опускания ротора. Один экскаватор ЭТР-254-01 за смену при производительности на мерзлых породах 150.160 м3/ч может разупрочнить рабочую площадку длиной 44 м и шириной 18 м, что вполне достаточно для последующей непрерывной работы карьерного экскаватора ЭКГ-8У. Ширина перемычек между траншеями выбрана в соответствии с размером зева ковша ЭКГ-8У. Выемка блоков породы между траншеями ковшом ЭКГ-8У не представляет затруднений и это доказано многолетней практикой производства земляных работ в зимнее время. Аналогичные блоки породы вынимаются и менее мощными одноковшовыми экскаваторами, например строительными.
Для разупрочнения промерзшей породы откосов, т. е. нарезания в боковой поверхности уступа узких траншей (щелей) предлагается дискофрезерное оборудование на базе одноковшового строительного экскаватора шестой или седьмой размерной группы. Это оборудование сменное, состоящее из двухбалочной прямолинейной телескопической стрелы. На оголовке стрелы установлены две приводные фрезы, обеспечивающие нарезание щелей на глубину до 2-х метров [5]. Нарезание щели предполагается осуществлять при движении дисковых фрез сверху вниз по откосу. Щели должны прорезаться на всю глубину промерзания или на 20. 30 % меньше глубины промерзания. Расстояние между щелями должно быть не более ширины зева ковша карьерного экскаватора.
ЭТР-254-01
Рис. 2. Технологическая схема разупрочнения промерзших пород в уступе с помощью дискофрезерного оборудования на строительном одноковшовом экскаваторе и роторными траншейными экскаваторами
Нарезание щелей в откосе целесообразно проводить до разупрочнения рабочей площадки. Если выполнить оголовок конечной секции телескопической стрелы поворотным, то с помощью такого дискофрезерного оборудования можно нарезать щели не только в откосе, но и на рабочей площадке. В результате такого усовершенствования можно выполнять разупрочнение уступа с по-
мощью одной машины. Создание подобного оборудования является задачей актуальной и в связи с этим на кафедре «Строительные и дорожные машины» были выполнены конструкторские проработки с определением основных параметров оборудования и переданы для детальной проработки и изготовления в ЗАО «Лучегорский топливноэнергетический комплекс».
Проведенный экономический прогноз от внедрения предлагаемого способа разупрочнения уступов применительно к Лучегорскому угольному разрезу по сравнению с существующим взрывным свидетельствует о целесообразности его использования в практике открытых горных работ.
1. Справочник. Открытые горные работы/ К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Винницкий, Н.Н, Мельников и др.-М.: Горное бюро, 1994. — 590 с.
2. Обидин А.Д. Энергоемкость процесса разрушения многолетнемерзлых пород механическим рыхлением // Колыма. -1987. № 12. с 14-16.
3. Шемякин С.А., Иванченко С.Н., Мамаев Ю.А. Ведение открытых горных работ
Показатели экономической эффективности безвзрывной технологии разупрочнения уступов на Лучегорском угольном разрезе с помощью ЭТР-254-01 и ЭО-6121 с дискофрезерным оборудованием.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
на основе совершенствования выемки пород. -М.: Издательство «Горная книга», 2006. - 315 с.
4. Альшиц М.З., Ковалев Е.П., Соколов Г.И. Траншейный роторный экскаватор ЭТР-254-01// Строительные и дорожные машины - 1983. № 9. С 9-10.
5. Шемякин С.А. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора. Патент № 2187600. Опубл. 20.08.2002. Бюл. № 23. ЕШ
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Иванченко С.Н. — доктор технических наук, профессор, ректор,
Шемякин С.А. — доктор технических наук, профессор.
Клигунов Е. С. — старший преподаватель кафедры «Строительные и дорожные машины» со специализацией «Открытые горные работы»,
Тихоокеанский государственный университет, e-mail: info@khstu.ru
А
