CC BY
30
УДК 622.271.32.004.68
А.Ю. Череп
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХ СНИЖЕННОГО СПРОСА НА МАРГАНЦЕВУЮ РУДУ
Семинар № 16
Д ктуальность. Орджоникид-
** зевский горно-обогатительный комбинат (ОГОК) является одним из крупнейших и наиболее мощных в Украине. На сегодняшний день это предприятие сократило выпуск своей продукции почти в два раза относительно 1990-1991 гг., что связано с потерей рынков сбыта, сокращением потребления металла в мире и Украине. Это привело к простою мощных комплексов оборудования, которые применяются на карьерах ОГО-Ка. Также, применение транспортной (конвейерный транспорт) технологической схемы разработки верхнего уступа ведет к сильному повышению себестоимости разработки вскрышных пород.
М.Г. Новожилов, B.C. Ескин и Г.Я. Корсунский проанализировали состояние и перспективы развития систем открытой разработки горизонтальных месторождений полезных ископаемых, что позволило разработать основные положения расчетов параметров технологических схем бестранспортной, транспортно-отвальной, транспортной и комбинированной систем разработки, составить методы выбора рациональных схем комплектации горно-транспортного оборудования [1].
Ю.П. Самородов привел методику определения параметров отвалообра-
зующих машин при комбинированной технологической схеме, основанной на использовании для отработки вскрышных уступов выемочно-отвального комплекса и драглайнов. Показана взаимосвязь элементов забойной и отвальной сторон технологического комплекса с производительностью и линейными параметрами драглайна и забойного консольного отвалообра-зователя [2].
Такие учеными как Постоловский В.В., Добрынин А.Е., Прокопенко
В.И. рассматривали вопросы реструктуризации горно-обогатительных предприятий, экономические и организационные задачи, которые бы обеспечивали адаптацию этих предприятий к рыночным условиям. Значительное внимание уделено решению проблемы, связанной со снижением себестоимости продукции горно-обогатительных предприятий, входящих в состав акционерных обществ [3].
Целью этой работы является реконструкция технологических схем разработки месторождения, которая направленная на снижение объемов добычи руды, снижения себестоимости ее добычи и усовершенствования организационных мероприятий, которые должны оптимизировать эффективную работу горного оборудования.
Результаты. Рассмотрим технологическую схему разработки вскрышных пород на примере Чкаловского карьера №2 ОГОКа. Верхний уступ отрабатывают по транспортной схеме роторным комплексом, ленточными конвейерами и консольным отвало-образователем. Средний уступ - по транспортно-отвальной системе с использованием роторного экскаватора и консольного отвалообразователя, который размещает вскрышу во внутренний отвал. Породы нижнего уступа перемещают в отвал по усложненной бестранспортной схеме шагающими экскаваторами. Недостатками этой схемы являются: высокая стоимость транспортирования вскрыши ленточными конвейерами, сложные работы по передвижению конвейеров, большое количество используемого оборудования, которое при снижении спроса на руду простаивает, жесткая взаимосвязь комплексов оборудования между собой в пространстве и времени.
Для решения перечисленных проблем предложена технологическая схема разработки вскрышных уступов (рис. 1), предусматривающая устранение дорогостоящей транспортной схемы на передовом уступе. Передовой и основной уступы объединяются в один уступ (верхний), который отрабатывается по транспортноотвальной схеме роторным экскаватором, перегружателем и консольным отвалообразователем. Отрабатывать объединенный уступ на всю высоту роторный экскаватор не может. Поэтому на кровле верхнего уступа устанавливают драглайн, который занижает его высоту, переваливая вскрышные породы на откос нижней части уступа, отрабатываемый роторным экскаватором. Отвалообразова-тель размещается на предотвале, который формируется драглайнами, от-
рабатывающими надрудный уступ. Драглайны работают независимо друг от друга, вынимая породу сначала по одной оси движения, потом - по другой.
Рассмотрим рекомендованную технологическую схему разработки вскрышных уступов и определим ее рациональные параметры. Для представленной схемы работы роторного экскаватора и драглайна ширина за-ходки А3 определяется из равенства площадей поперечного сечения захо-док Б} и Б2 соответственно в целике и в разрыхленном состоянии после от-сыпания на откос основного уступа. Площадь Б1 определяется по выражению: Б} = ИдАКр, где Нв - высота верхней части верхнего вскрышного уступа; А - ширина заходки роторного экскаватора; Кр - коэффициент разрыхления породы.
Определим площадь Б2 из следующего условия: Б2 = 0.5 [2 (А3 - А) - Ис (ад в - ад у)] Ис, где А3 - ширина заходки роторного экскаватора (увеличенная) после отсыпания заходки драглайном верхней части верхнего вскрышного уступа на откос нижней части; Ис - высота нижней части верхнего вскрышного уступа; в - угол откоса отсыпанной породы на откос нижней части верхнего уступа; у -угол откоса нижней части верхнего уступа.
Ширина заходки, которую должен отрабатывать роторный экскаватор в предложенной технологической схеме будет определяться по формуле:
НВКр
АЗ = А(1 + р ) + 0,5Н (Щ0 - Щу);
Нс
(1)
Общая работа роторного экскаватора и драглайна возможна при следующих условиях: 1) максимальный радиус разгрузки драглайна может обеспечивать отсыпку вскрышной за-
Рис. 1. Технологическая схема вскрышных работ при комбинированной разра■ ботке верхнего вскрышного уступа
ходки площадью Б} на откос нижней части верхнего уступа: Нр тах > В + Ив ад у + Аз - А - Ис (^д в - ад у), где В - безопасное расстояние от верхней бровки верхней части верхнего вскрышного уступа до оси движения драглайна; 2) принятый роторный экскаватор по своим техническим параметрам может отрабатывать необходимую ширину заходки: А3 < Атах, где Атах - максимально возможная ширина заходки роторного экскаватора.
Для рекомендованной технологической схемы разработки вскрышных уступов производственная мощность карьера по полезному ископаемому, обеспечивается путем выбора их высоты, при которой достигается необходимое подвигание фронта горных работ. Подвигание фронта горных работ уступа, который отрабатывает роторный экскаватор устанавливается по формуле: Пс = &вр /Ьф (Ис + Ид), где Qeр - производительность роторного экскаватора; Ьф - длина фронта
горных работ нижней части верхнего уступа. Величина годового подвига-ния Пс зависит от высоты (Ис + Ив). Таким образом, изменением высоты верхней части верхнего уступа будет обеспечиваться изменение производительности карьера по вскрыше и, соответственно, спроса на рудное сырье.
Необходимая скорость подвигания забоя верхней части верхнего уступа определяется по формуле: Пек = Qeк А / Б} Ьф, где Рек - годовая производительность драглайна.
С увеличением высоты верхней части верхнего уступа Нв, годовое подвигание драглайна и роторного экскаватора уменьшается. При этом, уменьшение подвигания роторного экскаватора приведет к снижению годового объема добычи руды в карьере Рк. Регулированием высоты Нв, достигается необходимая степень снижения добычи руды, соответственно спросу. Условие равенства годовых подвиганий экскаваторов выполняет-
Рис. 2. Схема к расчету параметров уступа, который разрабатывается комбинированным способом
ся при использовании на верхнем уступе соответствующего типа драглайна.
Действующая комбинированная схема предусматривает кратную пе-реэкскавацию вскрышных пород в выработанном пространстве карьера. При этом, для освобождения добычного уступа и транспортной площадки от навала породы ее определенную часть перемещают и укладывают в нижний и верхний ярусы отвала.
Предлагаемая технологическая схема не отвечает необходимому коэффициенту устойчивости внутреннего отвала, поэтому необходимым решением этой проблемы будет создание дополнительной приемной емкости во внутреннем отвале. Для этой
технологической схемы характерным есть то, что для размещения дополнительного объема вскрыши Б2 (рис. 2) нужна соответствующая емкость Бп на отвальной стороне (рис. 3). Эта емкость может быть создана вспомогательным оборудованием - экскаватором-драглайном. Как видно из приведенной схемы, емкость может быть образована путем выемки и переэкскавации несколько большего объема пород вскрыши, а именно объема 5^.В таблице приведены результаты расчетов величины годового подвигания фронтов горных работ драглайна и роторного экскаватора при отработке верхнего вскрышного уступа. Исходные данные приняты такие: Нс = 25 м; А = 50 м; Ьф = 2000 г; у = в = 350.
Подвнганне фронта вскрышных работ
Высота верхнего
Годовая производительность, млн. м
уступа, Нв, м драглайна Р ек роторного экскаватора Рер
1,0 2,0 3,0 5,0 6,0 7,0
0 100 120 140
5 100 200 300 83,3 100 117
10 50 100 150 71 85 100
15 33 67 100 62,5 75 87,5
20 25 50 75 55,6 66,7 77,8
25 20 40 60 50 60 70
Рис. 3. Схема формирования дополнительной приемной емкости во внутреннем отвале
Для определения площади Sn1, учитывается использование технологических параметров драглайна. При значительном объеме переэкскавации, его целесообразно разместить на промежуточной площадке с использованием верхнего и нижнего черпания. Величину Sni рассчитывают из выражения: Sn1 = Sn + 0,25A2 (tgfio + +2/(ctgePe3.o + ctgfio)- Таким образом, площадь Sn будет составлять: Sn = A (hnH - A / (ctg врез, o + ctg во), где h™ -глубина дополнительной приемной емкости отвала, м.
Глубина Ипн определяется исходя из условия уравнения площадей S2 = Sn или A HB Кр = A Ип„ - A2 / (ctg врез.о + ctg во):
h = НВКр +-----------------------, (2)
В P ctg0pe3.o + ctge
При использовании драглайна для создания дополнительной емкости объемом Sni необходимо учитывать ограничение глубины черпания Нч и радиуса черпания R4, а также высоты Нр и радиуса разгрузки экскаватора, то есть, должны выполняться следуюЩие условия: Нч max > hnH; hnn < Нв1Лв -
hnB; R4 max
> В + (hnH hnB) ctg врез.0; HP max > Нв.г, Rp max > b / 2 + С + Нв.г ctg
вРе3-0, где B0 - безопасное расстояние от верхней бровки отвала до драг-
лайна (рис. 3); Ивг - высота верхнего яруса отвала, который отсыпается шагающим экскаватором при создании дополнительной приемной емкости Бп1; Ь - ширина базы шагающего экскаватора; с - безопасное расстояние от нижней бровки отвала до драглайна.
Выбор типа шагающего экскаватора для создания дополнительной приемной емкости во внутреннем отвале проводится с учетом возможности от-сыпания вскрыши, которая переэкс-кавируется в верхнюю часть отвала (рис. 3), то есть с учетом соблюдения условия: БП1 = Бп2, где Бп2 - максимально возможный объем вскрыши, который переэкскавируется при условии размещения его в верхней части отвала. Исходя из этого условия определяется высота верхнего яруса отвала Ивг, при этом площадь БП1 рав-
няется:
Эп! = 0,5
2(R
р.тах- 2 - С - Нв.п - С^Ро) +
+2(Нв.п - 0,5Ьп.в)с1дРо](Нв.п - 0,5^),
(3)
Подставив (Нр тах - Ь/2 - с - Ив г -^д во) = d в выражение (3) получим:
Бп1 = d (Ив г - 0,5 Ип.в), (4)
Исходя из формулы (4) высота Ивг будет равняться:
Ив г = (Бп1 + 0,5 d Ип.в) /d; (5)
Расчетную величину высоты Ивг необходимо проверить по ограничивающему условию Ир тах > Ив.. Основным параметром исследуемой комбинированной технологической схемы есть общий (суммарный) коэффициент переэкскавации КП, который рассчитывается по формуле: КП = Кпв + Кпо или Кп = (Б2 + Бп1) / А (Ис + Ив) Кр, где Кпв - коэффициент переэкскавации при отработке вскрышного уступа высотой (Ис + Ив); Кпо - коэффициент переэкскавации при создании дополнительной приемной емкости во внутреннем отвале.
Выполнены расчеты для определения основных параметров комбинированной схемы разработки и установлено, что увеличением высоты верхней части верхнего вскрышного уступа Ив ограничивается объем переэкскавации вскрышных пород экскаватором ЭШ, расположенным на отвале. Например, при применении экскаватора ЭШ-20/90 (15/90) мак-
1. Теория и практика открытой разработки горизонтальных месторождений / Новожилов М.Г., Эскин В.С., Корсунский Г.Я. - М.: Недра, 1978.-328 с.
2. Самородов Ю.П. Выбор параметров отвалообразующих машин при комбинированной технологической схеме отра-
симально возможная высота Ив равняется 22 м.
Выводы
1. Для поддержания (снижения) себестоимости добычи марганцевой руды, при сниженном спросе необходимо провести реконструкцию технологической схемы карьера путем сокращения количества оборудования и заменой транспортной системы на более дешевую бестранспортную технологию отработки верхнего уступа. Это достигается благодаря объединению двух вскрышных уступов, которые работают по комбинированной схеме.
2. Для этой схемы обоснованы технологические параметры, которые учитывают сниженный объем производства и устойчивость отвалов.
3. Для размещения дополнительного объема вскрышных пород во внутреннем отвале предлагается создание дополнительной приемной емкости, которая позволит его разгрузить, а также достичь необходимого угла откоса отвала.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ботки вскрышных пород // Открытые горные работы: Науч. сообщ. / Ин-т горн. дела им. А.А. Скочинского. - Г., 1988. - С. 9-13.
3. Постоловский В. В., Добрынин А.Э., Прокопенко В. И. Реструктуризация горно-обогатительных предприятий. - Кривой Рог: Минерал, 2000 - 335 с. ШИН
— Коротко об авторе --------------------------------------------------------------
4epen А.Ю. - Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 16 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. B.C. Koваленко.
