CC BY
51
&НЕДЕЛЯ Г0РНЯКА-2002» СЕМИНАР < 13
© В.И. Ческилов, Г.Л. Зайцев
2002
УЛК 622.271:622.236.234
В.И. Ческилов, Г.А. Зайцев
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ АЛЯ БЕЗВЗРЫВНОЙ РАЗРАБОТКИ КРЕПКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ ВО ВСКРЫШНЫХ ПОРОААХ РАЗРЕЗА СКИЙ-1»
«БЕРЕЗОВ-
Эффективность вскрышных работ на разрезах Кан-ско-Ачинского бассейна во многом связана с проблемой дробления крепких включений. Это обусловлено тем, что в толще слабых пород встречаются конкреционные образования сцементированных известняков и алевролитов мощностью от 0.1 до 1.6 м и прочностью на сжатие 20-160 МПа (при среднем значении - 60 МПа). В виде отдельных прослоев и линз протяженностью до 50 м они локализуются на восьми горизонтах, достигают 70 % площади поля разреза и 1 % общего объема вскрыши. При отработке уступа скальные пропластки могут быть встречены в любой части забоя, наблюдается также их многоярусное распространение. По наличию крепких включений и протяженности фронта работ поле разреза делится на два участка: Западный и Восточный.
Выемка полускальных включений роторными экскаваторами, как показала практика, может осуществляться в зависимости от их прочности и трещиноватости до мощности 0.1-0.5 м. Разработка уступов с подобными включениями большей мощности и прочности производится после дробления взрывным способом с применением вертикальных и наклонных скважинных зарядов. Максимальный размер диаметра кусков в гранулометрическом составе горной массы для оборудования непрерывного действия - 500-600 мм. Более крупные куски в общем объеме дробленой породы не должны превышать 5-10 %.
Обеспечение взрывом требуемой кусковатости скальных включений залегающих в мягких породах оказалось весьма трудной задачей вследствие сложности их оконтуривания, неравномерной мощности и нарушенности, а также влияния других факторов. Работа роторных комплексов при низком качестве подготовки пород сопровождается частыми поломками зубьев и ковшей, порывами конвейерных лент, что приводит к значительному снижению их производительности. По этой причине на Западном участке фронт работ поточной технологии в настоящее время сокращен на 1 км и вскрышные работы ведутся мехлопатами на автотранспорт. Для развития добычи в среднесрочной перспективе, из-за увеличения зоны крепких включений в толще пород на этом участке, планируется полное замещение транспортно-отвальной технологии на транспортную с применением одноковшовых экскаваторов в сочетании с железнодорожным и автомобильным транспортом, [1]. На Восточном участке, где обнаружено минимальное коли-
чество аналогичных включении, вскрышные работы будут осуществляться по транспортно-отвальноИ технологии.
Внедрение цикличноИ технологии позволит разрушать прослои и линзы среднеИ крепости ковшом экскаватора, однако при разработке крепких и весьма крепких включении мощностью свыше 0.3-0.4 м, несмотря на снижение требовании к качеству подготовки горноИ массы к выемке, известные недостатки взрывного способа дробления пород сохраняются. В связи с этим представляет интерес применение для этих целеИ новых технических средств разрушения и выемки горных пород.
При выборе техники и технологии дробления крепких включениИ для деИствующего разреза следует учитывать их годовые объемы и расположение, необходимость максимального использования существующего горно-транспортного оборудования, наличие соответствующеИ ремонтноИ базы, а также возможности предприятия в приобретении новоИ техники, в том числе и зарубежноИ. Основные требования к способам рыхления заключаются в обеспечении: заданноИ крупности горноИ массы при относительно небольшоИ энергоемкости и стоимости, требуемоИ производительности, опережении дробления по отношению к вскрышным экскаваторам, безопасности работ и исключении отрицательного влияния на окружающую среду. Кроме того, в связи с относительно небольшим объемом в общеИ массе пород и значительным разбросом твердых включениИ в рабочеИ зоне, оборудование должно быть подвижным и маневренным. Перечисленным требованиям в полноИ мере соответствует безвзрывная технология с использованием экскаватора с ковшом активного деИствия ЭКГ-5В [2, 3] и навесных гидромолотов.
Промышленный выпуск экскаваторов ЭКГ-5В с начала 90-х годов осуществляет ОАО «Урал-маш» по техническому заданию, разработанному ИГД СО РАН. Особенность этого экскаватора заключается в том, что в переднеИ стенке ковша размещены пневмомолоты, приводящие в деИствие ударные зубья. Габаритные размеры поворотноИ платформы несколько увеличины в связи с размещением на неИ компрессора, трансформатора, ресивера и другого электрооборудования. По сравнению с базовоИ ма-шиноИ у него усилены поворотная платформа и гу-сеничныИ ход.
КРАТКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСКАВАТОРА ЭКГ-5В
Вместимость ковша, м3 5
Рабочая масса экскаватора, т 207
Мощность сетевого двигателя, кВт 250
Мощность двигателя компрессора, кВт 200
Число пневмомолотов в ковше, шт. 3
Энергия единичного удара, кДж 2.0
Частота ударов, Гц 7
Расчетная продолжительность цикла, с. 26
Высота черпания, м. 10
QТ, м /час
При возникновении контакта ударного зуба с участком массива, для разработки которого требуются усилия, превышающие развиваемые главными приводами экскаватора, соответствующий пневмомолот ковша включается в работу, обеспечивая ударное разрушение этого участка. Конструкция ковша предусматривает независимую работу ударных устройств. Автоматическое включение и выключение обеспечивается специальным устройством.
Экскаватор с активным ковшом относительно прост в эксплуатации. Обслуживание и ремонт его не требует переподготовки технического персонала и специальной ремонтной базы. Опыт эксплуатации и исследования показали, что энергосиловые возможности ЭКГ-5В обеспечивают эффективную разработку массива пород прочностью на сжатие до асж= 60-80 МПа. Он может одновременно дробить крепкие включения независимо от места расположения их в забое и осуществлять погрузку разрушенной массы вместе с вмещающими породами. При этом техническая производительность экскаватора (рис. 1) в значительной мере зависит от соотношения объемов скальных и мягких пород в отрабатываемом блоке:
м /час
^к ■ ті + кп • (йті)
_і=1 і=1
где <Зр - паспортная производительность экскаватора; И - высота уступа; тУ - мощность У-го скального прослоя (слоя мягкой породы); п - количество включений; кп, кі - коэффициенты снижения технической производительности экскаватора относительно паспортной при выемке вмещающей Таблица 1 породы (кп=0.65) и У-го крепкого включения, табл. 1.
В связи с тем, что стоимость экскаватора с ковшом активного действия примерно на 40% выше базовой машины, ЭКГ-5В целе-
Рис. 1. Изменение технической производительности экскаватора ЭКГ-5В при отработке уступа в зависимости от суммарной мощности (т) и прочности крепких включений
сообразно прежде всего использовать в восточном блоке Западного участка, где в породных уступах по высоте встречаются 2-3 включения. В остальных случаях следует применять молоты, уста-мые на стрелах гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием типа обратная лопата. Эти ударные устройства, созданные в конце 60-х годов, как известно, широко используются для разрушения негабарита в различных горнодобывающих отраслях. В последние годы, в связи с созданием мощных ударных устройств, а также из-за ужесточения бований по экологии, гидромолоты стали применяться на карьерах строительных материалов для разрушения массивов горных пород, успешно конкурируя с традиционным буровзрывным способом. В нашей стране и за рубежом (Германия, Финляндии, США и в ряде других стран) освоен выпуск ных моделей гидромолотов с энергией удара 8-10 кДж и более [4-8]. Краткие технические характеристики некоторых таких машин приведены в табл. 2.
В конструкции гидромолотов предусмотрено регулирование из кабины энергии и частоты ударов. Это позволяет подбирать оптимальный режим работы молота в зависимости от физико-механических свойств разрабатываемых пород.
По своей компоновке большинство гидравлических молотов зарубежных фирм могут быть использованы в качестве навесного оборудования для экскаваторов выпускаемых в России и не требуют для своего привода импортных масел.
По данным Института гидродинамики СО РАН -разработчика молота М20А, соответствуя техническому уровню изделий известных зарубежных фирм, это ударное устройство отличается простотой и ремонтопригодностью, а также значительно меньшей стоимостью. Разрушение включения молотом может осуществляться как с расположением экскаватора на кровле, так и на подошве подусту-па. Высота отрабатываемого слоя 1-4.5 м. Производительность и эффективность применения гидромолотов зависят от ряда факторов, наиболее существенными из которых являются их ударная мощность, структурно-прочностные свойства разрабатываемого массива и требуемая степень дробления пород (отношение е = de / ^, где de - средний диаметр естественной отдельности, м; dc -диаметр среднего куска раздробленной породы, м). На рис. 2 приведены взаимосвязи производительности и энергии удара молотов, дающие представление о возможностях этих машин. Графики построены по данным [6, 7, 8].
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА К,'.
Прочность породы на сжатие, МПа < 40 40-60 60-80 80-100
Величина к. 0.38 0.21 0.12 0.08
- получены с использованием экспериментальных ний, выполненных в производственных условиях. данных исследова-
П
п
Q, iA(8 ч) 1400
1000
600
200
А, кДж
Рис. 2. Диапазон соотношения производительности дробления пород навесным гидромолотом и энергии удара: 1 - породы средней крепости; 2 - крепкие; 3 - очень крепкие
Широкое распростронение гидромолотов на карьерах обусловлено высоким техническим уровнем, надежностью и эффективностью их по сравнению с буровзрывным способом. Имеется опыт применения этого типа оборудования для разрушения массивов горных пород и в России [9, 10], табл. 3. Практика ведения горных работ показала, что при одинаковой производительности применение навесных гидромолотов совместно с рыхлительно-бульдозерным агрегатом, или экскаваторами обеспечивает снижение расходов до 30 % по сравнению с буровзрывной подготовкой пород.
Технологические схемы рыхления и выемки конкреционных образований могут быть различными в зависимости от их количества и расположения в уступе, прочности массива пород, а также вида выемочно-погрузочного и транспортного оборудования. Дробление скальных прослоев может производиться без вскрытия и после вскрытия (обнажения).
В первом случае осуществляется валовая разработка уступа экскаватором ЭКГ-5. Параметры техноло-гическоИ схемы не отличаются от схемы работы сериИного одноковшового экскаватора в *мягких породах.
Вскрытие включения производится вскрышным экскаватором или вспомогательным оборудованием (бульдозером, погрузчиком). После обнаружения скального пропластка в среднеИ или нижнеИ части уступа экскаватор обнажает его сверху и переходит в другоИ забоИ. Затем осуществляется зачистка бульдозером и дробление навесным гидромолотом. По окончании подготовительных работ разрушенная горная масса отгружается вскрышным экскаватором вместе с породоИ оставшеИся в нижнеИ части уступа.
При расположении крепкого включения в верхнеИ части забоя и незначительном (1-1.5 м) расстоянии от пропластка до кровли уступа обнажение производится бульдозером или погрузчиком. Покрывающие породы размещаются на рабочеИ площадке и откосе уступа для удаления при последующих проходах вскрышного экскаватора, или формируются в штабель и отгружаются дополнительным оборудованием.
Расчеты показали, что в условиях разреза «Бере-зовскиИ-1» для разрушения и выемки крепких включениИ объемом порядка 200 тыс. м3 в год в работе необходимо иметь экскаватор с активным ковшом ЭКГ-5В и один гидромолот с энергиеИ удара 8-10 кДж, смонтированныИ на экскаваторе ЭО-5124.
Таким образом, техническиИ уровень созданных
машин и практика отечественных и зарубежных карьеров убедительно показывают преимущества механического способа разрушения по-лускальных и скальных пород, которыИ в настоящее время, в определенных условиях, успешно конкурирует с традиционным - взрывным.
Таблица 2
Фирма Модель Энергия удара, Дж Количество ударов, мин'1 Масса
Молота, кг Базовой машины,т
АО «Ковровец» МГМ-6 СП 62ХЛ 6000 9000 н.д. н.д. 1B00 2340 25-40 32-55
КТИ Г идроимпульсноИ техники (г. Новосибирск) М 20К 10000 120 - 200 2б00 32-55
Катерпиллер (США) H140s H160s 6700 10168 360 - 520 400 - 600 2200 3000 25-40 32-55
Крупп Машинотехник (Германия) НМ-150(^ НМ-200(^ 8000 10000 250 - 550 250 - 450 2100 3000 22-45 30-50
Таблица 3
УCЛOBИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ НАБЕСНЫХ ГИАPOМOЛOTOB ФИРМЫ КРУПП.
Предприятие, месторождение Порода Прочность на сжатие, МПа Энергия удара, Дж Производительность
Савинское (Прибайкальское) Магнезит 109 - 141 12000 95.4 м3/ч 170-430м/см
ТОО «Компания Магнезит», Карагай-ский карьер (Челябинская обл.) Магнезит, доломит 94 - 22 98 - 169 12000 150 - 270 м7см
Оленегорский карьер Железная руда 10000 300 м3/см
Изложенные материалы дают основание рекомендовать для разработки крепких включений на разрезе «Березовский-1» безвзрывную технологию с использованием экскаватора ЭКГ-5В и навесного гидромолота. С помощью такого оборудования, при относительно небольших капитальных вложениях, можно эффективно осуществлять дробление и выемку скальных слоев любой прочности и мощности, при максимально возможном использова-
нии существующего на разрезе экскаваторного парка, повысить безопасность и улучшить экологическую обстановку в зоне производства горных работ.
Предложенные технологические схемы дробления и выемки скальных включений целесообразно рассматривать при проектировании и эксплуатации разрезов и на других месторождениях с аналогичными условиями.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гальчев Ф.И. Некоторые насущные проблемы развития Канско-Ачинского угольного бассейна -сырьевой базы электроэнергетики //Открытые горные работы, 2000.-N3.
2. Маттис А.Р., Лабутин В.Н., Лысенко Л.Л. и др. Опыт создания и эксплуатации экскаватора ЭКГ-5В // Горный журнал, - 1977.- №10.
3. Рехтман А.П, Ворончихин Ю.Г., Муйзеннек Ю.А. Испытания экскаватора ЭКГ-5А с ковшом актив-
ного действия // Механизация строительства - 199B.- №11.
4. Молот гидравлический
М20А. Проспект института Гидродинамики им. М.А.Лаврентьева СО РАН.- Новосибирск, 2000.
5. Журнал Раммер, №1/ 2000.
6. Справочник. Техникр-
эксплуатационные характеристики машин фирмы Caterpillar. Caterpillar Jnc., Пеория, Иллинойс, США.
7. Романов А.Н. Гидравлические молоты фирмы Крупп. Маши-
нентехник и их особенности // Гор-ныИ журнал.- 1994.- N4.
8. Nammer new sistem MEC/Italy: Indeco, 1990.
9. Панкевич Ю.Б., Дзюба В.М. Применение мощных гидромолотов фирмы Крупп на Савинском месторождении магнезита // ГорныИ журнал - 1994.- №10.
10. Гидромолоты на открытых горных работах России // Mining Journal. March, 1994, 322. N8265 p.160.
КОРОТКО ОБ АBTOPАХ
Ческидов В.И. - заведующий, Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск.
Зайцев Г.Д. - ст. научный сотрудник лаборатории открытой геотехнологии, Институт горного дела СО РАН, Новосибирск.
