Технологические схемы ведения горных работ на уступе при скорости подвигания фронта работ до 800 м/год Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СЕМИНАР 2

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98

Л.Н. Кашпар, проф., д.т.н., РУДН

И.В. Деревяшкин, к.т.н.,

РУДН

Технологические схемы ведения горных работ на уступе при скорости подвигания фронта работ до 800 м/год

В ближайшие годы решение проблемы скоростного строительства карьеров остро станет перед проектировщиками и практиками в плане ввода в эксплуатацию перспективных железорудных месторождений Курской Магнитной Аномалии.

Функция скорости годового подвигания фронта горных работ имеет прямую пропорциональную зависимость от параметров годового темпа углубки горнокапитальных работ и углов откосов рабочего и нерабочего бортов карьера:

Уф = I( Ур, Ун, Угод), м/год(\)

Данные по изменению скорости годового подвига-ния фронта работ при различных углах наклона рабочего борта карьера и годовых темпах углубочных работ, сведены в табл. 1 и отображены на рис.1.

Таблица 1

Угод> Уф, при различных углах наклона рабочего борта карьера,

м/год м/год

О II £ О II £ О > II £ О V© II £ О ®с II £ У» =20°

20 113 94 80 70 62 55

40 227 188 160 139 123 110

60 340 282 241 209 185 165

80 454 376 321 279 246 220

100 567 471 401 349 308 275

120 681 565 481 418 369 330

Рис.1. Влияние темпов углубочных работ на скорость годового подвигания фронта работ при различных углах наклона рабочего борта карьера

Размеры котлована определяются необходимой минимальной длиной и шириной для начала горных работ по рудному телу. Конечная длина фронта работ на заданном уступе определяется продолжительностью выполнения планируемых объемов на момент сдачи карьера в эксплуатацию. Поэтому реальная протяженность фронта работ на уступе на выбранный к рассмотрению год, с одной стороны, определяется продолжительностью ведения горных работ на уступе (п, лет), а с другой стороны - принятой организацией, технологией и механизацией строительных работ.

В табл.2 приведены сводные данные по темпам уг-лубочных работ, скорости подвигания фронта работ и углам наклона рабочих бортов карьеров железорудных месторождений бывшего СССР [1].

Расчетную длину фронта работ на ус-тупе^фруст, которая зависит от первоначальной длины фронта работ- LфLp1,м , скорости годового подвигания фронта работ на уступе-Уф,р.год,м/год и продолжительности строительства-п, лет можно представить через выражение:

Lф.р.уст Lф.р.1 +2Уф.р..год X п , м (2)

Анализ результатов вычислений при изменении темпов углубочных работ Уг от 20 до 100 м/год с интервалом 20 м/год, для различных углов откоса рабочего борта карьера (Ур варьитует от 10° до 20°, интервал 2°) и глубинах строящегося карьера от 100 до 500 м с интервалом 100 м, показывает на рациональность строительства глубокого карьера от 200 м при максимальном угле откоса рабочего борта карьера.

Для упрощения дальнейших расчетов, вводится приведенный коэффициент относительного увеличения длины фронта работ на уступе-Кпр.уст, который характеризует показатель длины фронта работ на уступе-Lф.р.уст и определяется из выражения:

Кпр уст

L

(3)

ф.р.1

где Lфр п - длина фронта работ на уступе на п-ый год строительства карьера, м.

Наглядное представление результатов вычислений, полученных на компьютере, имеет графическое отображение на рис.2 (при Уг=20м/год, Нк=500м, ур=10°,12°,14°,16°,18°и 20°).

Таблица 2

Карьеры ГОКов Средний годовой темп углубки, Угод,м, год Средняя год. скорость подвигания фронта работ, Vzllb, м/год Угол наклона рабочего борта карьера, град

Южный 6,0 128 2032'

Центральный 12,9 21,3 31010'

Северный 5,6 206 1034,

Ингулецкий 9,0 60,4 8028,

Соколовско-Сарбайский 10,4 50,0 11045,

Михайловский 10,1 62,6 90

Лебединский 8,8 102,5 4055,

Стойленский 8,7 83,8 9°6'

Коршуновский 12,9 54 13 026'

Качканарский 4,6 32,7 80

Оленегорский 8,3 43,4 110

Ковдорский 13,8 61 12045,

Средние значения 9,3 75,5 10°37’

Рис.2. Влияние угла откоса рабочего борта строящегося карьера и продолжительности работ на уступе на величину относительного увеличения фронта работ (Кпруст.) при Угод=20 м/год и Нк=500 м.

Рис.3. Влияние различных темпов углубочных работ Угод=20, 40, 60, 80, 100 м/год при строительстве карьера глубиной Нк = 500м и Угод=20, 40, 60, 80, 100 м/год, при y^20o на величину относительного увеличения фронта работ (Кпруст).___________________________________________________

Влияние темпов углу-бочных работ на величину относительного увеличения фронта работ при глубине покрывающих полезную толщу пород Нк=500м и различных темпах углубочных работ представлено на рис.3. Из представленного графического отображения видно, что при темпах углубоч-ных работ в 100 м/год объемы горнокапитальных работ значительно меньше, чем при темпах углубки 20 м/год, а сроки строительства в 5 раз меньше.

Непререкаемые авторитеты открытых горных работ акад. Ржевский В.В., Мельников Н.В., проф. Томаков П.И., Хохряков В.С., Новожилов М.Г. и др. показали, что наивысшие показатели скорости подвигания фронта работ достигаются, когда разработку на уступе ведет один экскаватор. Типоразмер карьерного или роторного экскаватора, работающий на железнодорожный или конвейерный транспорт, фактически ограничивает скорость подвигания фронта работ (Vф.p.годжг<60м/год, Vфplгодэpг<00м/год). Более высокая скорость подвигания фронта работ может быть достигнута при схеме выемочно-погрузочных работ “драглайн-бункер-транспортное средство”.

На Лебединском и Южно-Лебединском карьерах были достигнуты показатели скорости годового подвига-ния фронта работ более 200 м/год при использовании средств и технологии гидромеханизации горных работ.

Технология выемочно-погрузочных работ по схеме “драглайн-бункер-транспорт” имеет большие перспективы и способна обеспечить значительную скорость подвигания работ на уступе [2].

Расчеты показывают, что годовая производительность драглайна, с достаточной точностью может быть определена из условия выполнения драглайном объема 180 тыс.м3 осадочных пород на каждый кубометр емкости ковша. Исходя из указанного

6 і 1999

35

условия можно определить площадь отрабатываемой за год заходки-5ф,. год, приведенную длину фронта ра-бот^ф.год, ширину заходки-Аз.

Вф. год

к..

, м

(4)

Для различных показателей Ек расчеты произведенные по выражению (4) сведены в табл.3.

Таблица 3

Тип драглайна Кгод, млн.м3

ЭШ-40/Аст 7,2

ЭШ-60/Аст 10,8

ЭШ-80/Аст 14,4

ЭШ-100/Аст 18,0

ЭШ-130/Аст 23,4

ЭШ-160/Аст 28,8

При известных величинах ширины заход-ки драглайна для схем веерного забоя - Аз.1 (параллельное фронту работ), Аз.2 (перпендикулярное фронту работ) и известной фронтальной площади можно соответственно рас-

читать приведенную длину фронта работ на уступе

Lф.1 год и Lф.2 год :

L

S,

ф.1год

ф.год

Аз.1

S

ф.2год

ф.год

хз.2

, м/год

, м/год

(5)

(6)

Зная приведенную длину фронта работ, можно вычислить максимальную скорость подвигания фронта работ за год на данном уступе, которую способен обеспечить принятый типоразмер драглайна. В табл.4 сведены параметры забоя для различных типоразмеров мощных драглайнов зарубежного и отечественного производства.

(7)

для различных величин темпов углубки, глубины строящегося карьера и углов наклона рабочего борта карьера показаны на рис.4 и 5.

Вф.год Lф.у.год Уф.р.год, м/год

Величины Lф.у.год и Уф.р.год

Г одовой объем, который необходимо отработать на уступе принятым типоразмером драглайна, составляет:

Куст.год Lф.уст.год Ну Vф.р.год, м /год (8)

Годовой объем, отрабатываемый драглайном составит:

^Ууст.год Lф. пр.год Аз hу, м /год (9)

Соотношение выражений (8) и (9) показывает потребное количество драглайнов, принятого типоразмера, на уступе для обеспечения заданной скорости подвигания фронта работ.

^ф.уст^год

При: N = --------------- < 1 - принимается один

Ьф.пр.Аз драглайн заданного типоразмера;

N > 1 - необходимо два драглайна заданного типоразмера;

N >2 - необходимо три драглайна заданного типоразмера.

При разработке вскрышных пород драглайном на транспорт рационально использовать мощные экскаваторы типа ЭШ 100/100 или ему подобные. При этом на порядок и более сокращаются затраты на вспомогательные работы и обеспечивается гибкая связь звена “экскаватор-бункер-транспорт”.

Основными параметрами, характеризующими предлагаемую технологию выемочно-погрузочных работ, являются: ширина заходки - Аз, м и показатель годового объема работ - Wгод, м3/год. Ширина заходки при веерном забое зависит от типа забоя и его расположения относительно фронта работ.

Существует три варианта расположения веерного забоя на уступе относительно фронта работ:

а) параллельное расположение :

А3.1 = К Аст, м (10)

где К1 - безразмерный коэффициент определения

Таблица 4

Наименование драглайна Ек, м3 Асm, м Ну, м А31, м А31, м Кгод, млн.м3/ год тыс.м2/ год 1<ф.пр 1год, м/год 1<ф.пр. 2год, м/год

ЭШ-25/120 (УЗТМ) 25 120 42,0 189,6 288 4,5 107,1 564,9 371,9

ЭШ-30/110 (УЗТМ) 30 110 38,5 173,8 264 5,4 140,3 807,2 531,4

ЭШ-40/110 (УЗТМ) 40 110 35,0 158,0 240 7,2 205,7 1301,9 857,1

Марион 8400 60,8 106,7 37,3 168,6 256 10,9 292,2 1733,1 1141,4

Бьюсайрус ЭРИ 1570М" 61,6 105,2 37,0 166,2 253 11,09 299,7 1803,2 186,9

ЭШ-65/100 (УЗТМ) 65 100 35,0 158,0 240 11,7 334,3 2115,8 1392,9

Марион 8850 83,6 106,7 37,3 168,6 256 15,05 403,5 2393,2 1576,2

Бьюсайрус ЭРИ 2570К 87,9 109,8 38,4 173,5 264 15,8 411,5 2371,8 1558,7

Марион 8750 92 114 40,0 180,1 274 16,6 415,0 2304,3 1514,6

Бьюсайрус ЭРИ 3270К 95,5 122 42,7 192,8 293 17,2 402,8 2089,2 1374,7

ЭШ-100/100 (УЗТМ) 100 100 35,0 158,0 240 18,0 514,3 3255,0 2142,9

ЭШ-100/125 (УЗТМ) 100 125 43,8 197,5 300 18,0 411,0 2081,0 1370,0

Бьюсайрус ЭРИ 1570М" 134,5 122 42,7 192,8 293 24,2 566,7 2939,3 1934,1

Марион 8950 138 122 42,7 192,8 293 24,8 580,8 3012,4 1982,3

Бьюсайрус ЭРИ 4250К 168,2 94,6 33,1 149,5 227 30,3 915,4 6123,0 4032,5

Рис. 5. Изменение скорости годового подвигания фронта работ на уступе в зависимости от углов наклона наклона рабочего борта карьера при различных темпах углубки

ширины заходки при параллельном расположении фронта работ; К1 тах=1,58.

б) перпендикулярное расположение :

Аз 2 — К2 Ас

(11)

где К2 - безразмерный коэффициент определения ширины заходки при перпендикулярном расположении фронта работ; К тах=2,4.

в) диагональное расположение :

Азз — Кз Ас

(12)

где К3 - безразмерный коэффициент определения ширины заходки при диагональном расположении фронта работ;К3 =(1,59+2,3).

В дальнейшем рассматривается два варианта веерного забоя: параллельный и перпендикулярный (К1 =1,58 и К2 =2,4).

Величина шага перемещения бункерной установки-Lш.б.,м будет определяться следующим образом .

Для параллельного расположения:

Lш.б.1 2,4 Аст> м (13)

Для перпендикулярного расположения:

Lш.б.2 1,58 Аст> м (14)

Для диагонального расположения:

Lш.б.3 (1,59~2,3) Аст? м

Аз_ 1, Аз_

(15)

В табл.5 сведены значения Ну, Аз.1, Аз.2, Lш.б.1, Lш.б.1 и Lш.б2 для различных показателей Аст. При расчетах высота уступа-Ну принимается:

hу — 0,35 Ас

(16)

Таблица 5

Тип драглайна Нг , м А3.1,, м Lш.б.1,м

ЭШ-Е/60 21 95 144

ЭШ-Е/80 28 126 192

ЭШ-Е/100 35 158 240

ЭШ-Е/120 42 190 288

ЭШ-Е/130 45 205 312

Очевидно, что на одно положение бункерной установки отрабатывается равновеликий объем вне зависимости от расположения бункерной установки относительно фронта работ. Однако непосредственная разгрузка породы из бункерной установки на железнодорожный или конвейерный транспорт возможна только при параллельном фронту работ расположении веерного забоя. При ином расположении “веера” необходимо применение промежуточного звена: конвейера-перегружателя. При гидротранспорте положение “веера” не влияет на потребность или отсутствие конвейерного звена..

Если при железнодорожном или конвейерном транспорте на уступе должен работать один экскаватор, то при гидротранспорте на уступе выемочнопогрузочные работы могут выполнять два и более драглайнов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильев М.В., Штукатуров К.М., Ткачев А.Ф. Железорудные карьеры, Недра, М., 1992.

2. Деревяшкин И.В. Обоснование элементов возможности скоростного строительства карьеров, ВИНИТИ, деп. 3151-в97,М., 1997.

© Л.Н. Кашпар, И.В. Деревяшкин

м

м

м

35