CC BY
136
УДК 622.271.3
Е.В. Курехин, А.С. Ташкинов, А.А.Сысоев
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЛЕКСОВ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ С УЧЕТОМ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ
На угольных месторождениях Кузнецкого бассейна, пригодных к отработке открытым способом имеется значительное число участков с ограниченными запасами, что обусловлено, прежде всего, залеганием пластов малой и средней мощности.
Так по оценкам [1] на месторождениях Кузбасса в пластах мощностью 1,8-6,5 м сосредоточено 860 млн. тонн угля или около 40 % от общих балансовых запасов.
При этом следует отметить, что основные месторождения с мощными пластами отрабатываемые одним карьерным полем, дорабатываются: Бачатское, Краснобродское, Кедровское, Черниговское, Томьусинское и др. Крупные разрезы сохранятся на ближайшие 30-50 лет только на Талдинском и Караканском месторождениях. На месторождениях Южного Кузбасса также намечается отработка свит пологих пластов отдельными карьерными полями
Поэтому в ближайшей перспективе неизбежно освоение участков с ограниченными запасами, которые разрабатываются по общепринятой терминологии - малыми разрезами [2].
Организационно уже существуют филиалы угольных компаний, в которых административно объединены несколько участков с суммарной годовой производительностью в несколько миллионов тонн угля в год. Вероятно, такая схема организации конкурентоспособных угольных предприятий сохранится.
С учетом вышесказанного в последнее время (1995-2012 г.г) в Кузбассе получило широкое развитие разработки участков с ограниченными запасами («малыми разрезами») как самостоятельных административных единиц, так в составе угольных компаний.
Развитию разработки таких участков способствует относительно небольшие инвестиции, быстрый ввод в эксплуатацию, низкая себестоимость.
Следует отметить, что разработка большого числа участков с ограниченными запасами ухудшает экологическую обстановку. Поэтому на первое место при решении перспективного развития открытых работ в Кузбассе выдвигаются требования по снижению уровня отрицательного воздействия на экологию региона малых разрезов.
Считаем, что одним из направлений решения этого вопроса является проектирование технологии разработки участков с учетом требований экологии и прежде всего, снижения землеёмкости за
счет размещения породы во внутренних отвалах.
Негативное влияние внешних отвалов на окружающую среду ставят задачу изыскания технологических, технических и организационных решений по этому вопросу как одну из важнейших проблем открытой разработки месторождений [3].
Для этого необходимо рассмотреть соответствующие схемы разработки участков и для них комплексы оборудования.
Например (табл. 1), возможны варианты разработки карьерных полей с разным уровнем изъятия земель.
Для них необходимо предусмотреть в технологическом комплексе оборудования горные машины, обеспечивающие возврат временных внешних отвалов в выработанное пространство (например, щагающих драглайнов отвальных моделей с увеличенной вместимостью ковша типа ЭШ-14.50).
Для решения вопроса выбора оборудования известна технологическая классификация комплексов оборудования [4, 5].
Однако для обоснования технологических комплексов разработки участков с ограниченными запасами имеется ряд факторов, которые не позволяют полностью реализовывать классификацию комплексов оборудования [4, 5].
Классификация разрабатывалась в 50-60-е годы 20-го века и за прошедший период, произошло обновление оборудования для открытых горных работ, причем некоторые модели экскаваторов не выпускаются или выпускаются в ограниченном количестве (например, вскрышные лопаты ЭВГ, карьерные мехлопаты ЭКГ-5А, ЭКГ-8И).
Существенно сократились объемы перевозок железнодорожным транспортом (например, на разрезах Кузбасса эти объемы незначительны).
В настоящее время доминирует автомобильный транспорт. Расширяется применение комбинированного автомобильно-конвейерного транспорта (например, разрез «Талдинский», «Бачат-ский»).
Появилось новое оборудование для выемочнопогрузочных работ. Например, экскаваторы, оснащенные ковшом с активными зубьями для без-взрывной выемки породы; выемочные комбайны фрезерного типа; мощные колесные погрузчики, применяемые как непосредственно на выемочных работах на уступах (разрез «Распадский» и др.), так и в паре с экскаваторами мехлопатами большой единичной мощности (разрез «Кедровский»); экскаваторы-драглайны на гусеничном ходу; но-
вый тип лопат с гидравлическим приводом (прямые и обратные) с возможностью специализации на определенном виде горных работ; оборудование и технология для повышения качества продукции (угля и др. полезных ископаемых).
Необходимость применения новых типов оборудования для повышения уровня использования недр отмечается в [6].
Следует отметить, что масштабы производства горных работ при разработке участков с ограниченными запасами исключают применение ряда комплексов из указанной классификации, как не соответствующие условиям участков. С учетом сказанного необходима корректировка принципов комплексной механизации [4, 5].
Таблица 1. Варианты размещения отвалов при разработке угольных месторождений с ограниченными запасами малыми разрезами с учетом экологических требований
Базовый вариант с постоянным внешним отвалом
Отвал потенциально плодородных пород "V / /
ЯГ Ьп
■2±
-^У^Отвал коренных
пород
Отсыпка временного внешнего отвала
Отвал потенциально ^Ьч^Отвал коренных
плодородных пород \ * < X V -г-' Ьп пород
щ- — ►
С размещением отвалов в ранее выработанном пространстве Отвал потенциально
^ X ____________
плодородных пород \ / \ ^ "7
ж
Отсыпка временного внешнего отвала с оставлением части пород во внешнем отвале
Отвал потенциально плодородных пород \ К- /
—-V Отвал коренных ——^—пород
Ьг
Перевозка части вскрышных пород в ранее выработанное пространство и части породы в постоянном
внешнем отвале
^ Отвал коренных
Отвал потенциально плодородных пород “V // ~7
пород
Ьг
^ГТ'
Отсыпка части породы вскрыши во временный внешний отвал и перевозка другой части в ранее выработанное пространство
Отвал потенциально
плодородных пород \ / 0.'
Отвал коренных пород
Таблица2
Технологическая классифкацня комплексов оборудования для разработки залежа с ограниченными запасами______________________
Внд горных работ Подготовка пород к выемке Выеночно-погр>зочные работы Транспортн- рованне Оте ал ообразоЕ ани е н складирование Породоотборка, сортировка, обогащение Г орн о-техннческая рекультивация {совнаценные схены)
Разработка наносов НЕТ Драглайны (шагающнен гусеничные), экскав аторы нех-лопаты [канатные, гидравлические пряные н обратные), колесные погрузчики Карьерные автосамосвалы, конвейеры Бульдозеры, консолгные отв ал ообразов ателн, скреперы, драглайны НЕТ Бульдозеры, скреперы, гршдеры, колесные погруз ЧН1.Н
Скреп ерная разработка; скреп ерно-йульдозерная разработка
Бульдоз ерн ая разраЬожа Драглайн на гусашчном ходу
Разработка коренных пород Буровзрывной способ пркменшня буровых станков шарошечного н шнекового бурення Драглайны, экскав аторы нех-лоп аты {кан атные, гидравлические пряные н обратные), колесные погрузчики Карьерные автосаыосвалы, конвейеры, конбнннроЕ анный; автоыоонльн сіконе ей ерный транспорт Бульдозеры, консолгные отв ал ообразов ателн, НЕТ Бульдозеры
НЕТ Безвзрывная Еыемка экскаваторами мехлоггатамн с ковшом активного действия; Еыеночные комбайны фрез ерн от о типа
Разработка угля Буровзрывной способ с прнменашем буровых станков Экскаваторы мехл оп аты {кан атные, гидравлические пряные н обратные), колесные погрузчики; Еыеночн ые конбайны фрезерного типа Углевозы Бульдозеры, колесные погрузчики, драглайны Породоотборка КНС обогащение НЕТ
Рассмотрим ряд положений принципов принятых в [4, 5]: «Чем меньше число действующих машин и механизмов входит в комплекс, тем надежнее, производительнее и экономичнее его работа» и «следует по возможности отдавать предпочтение одной мощной машине взамен нескольких машин меньшей мощности при условии полного использования мощности машин и механизмов, входящих в комплекс». Для условий разработки залежей с ограниченными запасами при небольших объемах горной массы, эти положения являются основополагающими. Это относится, прежде всего, к технологии разработки залежи одним комплексом, включающим одну выемочно-погрузочную машину, буровое, транспортное и вспомогательное оборудование (монотехнология) [7]. Все виды работ выполняются одной выемочной машиной. Варианты технологии с применением комплексов оборудования с большим числом выемочно-погрузочных машин и формированием нескольких грузопотоков должны быть обоснованы.
Далее, рекомендации по предусмотрению коэффициента резерва мощности и технической производительности отдельных машин (по сравнению со среднестатистическими показателями их работы), не должны учитываться в рассматриваемых условиях. Здесь резервирование выемочнопогрузочных машин не рационально из-за их ограниченного числа и небольшого срока службы разреза. Кроме того, в условиях развитой аренды видов услуг, горных и транспортных машин (ООО «Русский уголь-Кузбасс», ОАО «Взрывпром Юга Кузбасса» и т.д.) не требуется резервировать оборудование.
Таким образом, при формировании комплексов оборудования обосновывается только минимально необходимый и достаточный состав машин и механизмов для выполнения планового задания по добыче угля.
Рассмотрим положения принципа: «комплексы оборудования должны полностью обеспечить полноту извлечения запасов полезного ископаемого из недр...». При учете двух факторов: а) наличием широкого предложения обратных и прямых гидравлических лопат с их возможностью селективной выемки пластов ограниченной мощности; б) при существующей проблеме приобретения отечественных прямых мехлопат с вместимостью ковша 5-8 м3, необходимых для применения в рассматриваемых условиях, формирование комплексов оборудования для ведения добычных работ необходимо ориентироваться на обратные гидравлические лопаты. Для этого вида работ необходимо рассмотреть вопрос применения прямых гидравлических лопат и колесных погрузчиков.
В работе [4, 5] рекомендуется обеспечивать, по возможности, технологические комплексы машинами и механизмами непрерывного действия. Этот принцип также актуален. Рекомендация со-
ответствуют современной горной техники для открытых горных работ, включая не крупные по габаритам фрезерные комбайны для безвзрывной выемки горных пород и конвейеров различной производительности.
Учитывая вышеизложенное, для разработки классификации технологических комплексов предлагается следующее.
Прежде всего, необходимо предусмотреть в классификации большую детализацию. Включить в классификацию процесс подготовки горной массы к выемке, что объясняется появлением машин для безвзрывной выемки пород (мехлопаты с активным ковшом, фрезерные машины).
На основе современного ценообразования на рядовой и обогащенный уголь считаем целесообразным ввести принцип обязательного оснащения комплексов специальным оборудованием по повышению качества товарной продукции. Известно, что в настоящее время в планах Правительства РФ стоит вопрос расширения внедрения технологии обогащения угля (предполагается обогащать до 80 % добываемого угля).
Необходимо предусмотреть в технологическом комплексе оборудование для выполнения работ, связанных с уменьшением экологического ущерба от изъятия земель, с производством горнотехнического этапа рекультивации.
Необходимо учесть, что масштабы объемов горных работ при разработке участков с ограниченными запасами предполагают применения выемочно-погрузочного и транспортного оборудования малой и средней мощности. В этом случае основное горно-транспортное оборудование можно использовать для совмещенных схем горнотехнического этапа рекультивации.
На основе сделанного анализа существующих принципов комплексной механизации открытых горных работ, изменений в оборудовании и технологии для этих условий и с учетом специфики разработки участков с ограниченными запасами предлагается технологическая классификация комплексов оборудования.
Прежде всего, в классификации предлагается рассматривать комплексы по видам горных работ: наносы, коренные породы, уголь. Выемочнопогрузочное оборудование по видам работ может быть представлено одной машиной [7] или различаться по типу и моделям. Тогда учет этого фактора позволит обоснованно подбирать комплекс оборудования для разных видов работ. Например, наличие мощных наносов на месторождениях Кузбасса предполагает их разработку самостоятельным комплексом укомплектованным самостоятельным типом и моделью выемочного оборудования и с формированием отдельного грузопотока. В тоже время выемка угля может производиться другим типом и видом выемочной машины.
Предлагаемая технологическая классификация
комплексов оборудования для разработки залежей Классификация рекомендуется для примене-
с ограниченными запасами представлена в табли- ния в проектной и производственной практике, а
це 2. также в научных исследованиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Угольная база России. Том II. Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири (Кузнецкий, Горловский, Западно-Сибирский, бассейны; месторождения Алтайского края и Республики Алтай). - М.: ООО «Геоинформцентр», 2003. - 604 с.
2. Е.В. Курехин. Перспективы малых разрезов в Кузнецком бассейне. Вестник ГУ КузГТУ, 2008 г. № 2 с. 17 - 23.
3. Томаков П. И. Максимальное размещение пород вскрыши в выработанное пространство - основа создания экологически безопасных ресурсосберегающих технологий открытой добычи угля / Томаков П. И., Коваленко В. С. // Экол. пробл. горн. пр-ва, перераб и размещ. отходов: 2 Научн.-техн. конф., Москва, 30 янв. - 3 февр., 1995: Докл., 1 - М., 1995. - С. 20-22. - Рус.
4. В.В. Ржевский. Открытые горные работы. Учебник для вузов. В 2-х частях. Часть 2. Технология и комплексная механизация. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1985. - 549 с.
5. К.Н. Трубецкой. Проектирование карьеров: Учеб. Для вузов: В 2 т. - 2-е изд., перераб. и доп. / К.Н. Трубецкой, Г.Л. Краснянский, В.В. Хронин.// - М.: Издательство Академии горных наук, 2001. - Т. II - 535 с.
6. Щадов И. М. Раздельная открытая разработка сложно-структурных угольных комплексов, как фактор повышения уровня природопользования. / Щадов И. М., Мороз В. П. // Экол. пробл. горн. пр-ва, перераб. и размещ. отходов: 2 Научн.-техн. конф., Москва, 30 янв. - 3 февр., 1995: Докл., 1 - М., 1995. -С. 63-67. - Рус.
7. Е.В. Курехин. Границы применения монотехнологии для разработки малых разрезов. Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды международной научно-практической конференции - Кемерово: ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского, ИУУ СО РАН, КузГТУ, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2009. 307 с. с.284 - 288.
□Авторы статьи:
Курехин Ташкинов
Евгений Владимирович Александр Сергеевич,
канд. техн. наук, доцент ка- докт. техн. наук, проф.
федры «Открытые горные работы» каф. «Открытые горные работы»
КузГТУ КузГТУ,
e-mail: kev.ormpi@kuzstu.ru e-mail: ormpi@kuzstu.ru
Сысоев
Андрей Александрович, докт. техн. наук, проф. , зав. каф. «Открытые горные работы» КузГТУ, e-mail: ormpi@kuzstu.ru
