CC BY
35
УДК 622.271 И.А. Хныкин
ВАРИАНТ ФОРМИРОВАНИЯ СХЕМ ВСКРЫТИЯ РАБОЧИХ ГОРИЗОНТОВ КАРЬЕРА ПРИ ЭКСКАВАТОРНО-АВТОМОБИЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ ОБОРУДОВАНИЯ
Семинар № 12
~П рамках работы создавались вре-
-Щ-З менные вскрывающие выработки (съезды) на рабочем борту карьера (разреза) во вскрышной зоне, отрабатываемой экскаваторно-автомо-бильным комплексом оборудования, критерием выбора местоположения съездов было выбрано минимальное значение работы на перемещение горной массы с рабочих горизонтов карьера до пунктов приема горной массы (отвалов).
Выбранный критерий позволяет создать систему вскрывающих выработок, обеспечивающих на данном этапе (периоде) развития горных работ, минимальные затраты на транспортирование горной массы. В общем случае, при проектировании карьеров необходимо также учитывать дополнительные объемы горных работ, проведение которых обусловлено созданием вскрывающих выработок.
В рамках работы рассматривался вариант формирования вскрывающих выработок с позиции оптимизации транспортных расходов.
Основная задача моделирования работы выемочно-погрузочного и транспортного оборудования заключается в определении грузопотоков горной массы, которые оказывают значительное влияние на производительность комплексов оборудования и разреза в целом.
Известно определение грузопотока как потока грузов определенного качества, характеризуемого сравнительно устойчивым направлением и определенным объемом
перевозок в единицу времени. Это понятие связано с перемещением горной массы, в первую очередь транспортным, а также и другими техническими средствами - экскаваторами (в основном мощными драглайнами), скреперами и др.
Грузопоток является стержнем, объединяющим указанные основные составляющие технологии разработки, определяющим требования к ним и связи между ними, связаны с главными параметрами карьера. В то же время и возможности комплексов оборудования, систем разработки и вскрытия, их связи существенно влияют на число, структуру и параметры грузопотоков.
Грузопоток представляет собой движущуюся горную массу. Функционирование (действие) грузопотока - это процесс движения горной массы. В широком понимании движение горной массы характеризует изменение горной массы вообще, включая как процесс перемещения (транспортирования), так и процессы размещения, выемки, обогащения, складирования и др.
В целом пространственно-времен-ные грузопотоки представляют собой сложные системы. Аналитическое описание таких систем затруднено, так как исследуемые процессы связаны с геологическим строением недр, наличием множества разнородных влияющих внешних факторов, элементов и их связей, вероятностной природой многих показателей, определяющих поведение элементов и системы в целом. В таких условиях
целесообразно обратиться к моделированию.
Альтернативным случаем является геометрический анализ поля карьера как метод имитационного моделирования развития горных работ. Применяемый метод предусматривает установление контуров горных работ, соответствующих определенным их циклам (этапам), определение в этих контурах объемов и качества горной массы. После этого проводится расстановка оборудования с определением его производительности и в целом разреза. Основные критерии механизации блоков активных запасов - максимальное использование производительности оборудования при максимальной производительности разреза по вскрышной породе, относящейся к текущему этапу отработки, а в случае включения в отработку запасов следующих этапов, - максимальная производительность по блокам ближайших этапов отработки.
Рассматриваемое направление изучения грузопотоков связано с их управлением. Так, с формальной точки зрения, любая схема грузопотока состоит из нескольких пунктов погрузки (забоев) и пунктов приема (отвалов, складов) горной массы, которые связанны между собой потоками.
С этой целью, имея в качестве исходной информации текущее положение горных работ, производительность добычного комплекса оборудования, отстраивается промежуточное положение горных работ, опережающего заданное положение на величину шага подвигания (развития) горных работ.
В прирезке между текущим и промежуточным положениями горных работ по горизонтам определяется объем вскрышных работ, который необходимо провести для возобновления готовых к выемке запасов полезного ископаемого, без учета вскрытия рабочих горизонтов разреза.
На каждом из горизонтов оцениваются блоки, подлежащие выемке на текущем этапе. Если на данных блоках имеются участки съездов, то есть участки трассы, включающие траншею или полутраншею и примы-
кающую к ней площадку, обеспечивающие вскрытие рабочего горизонта и транспортную связь со смежными горизонтами, необходимо на данном этапе переместить существующий участок съезда. При этом, помимо включенных в подсчет объемов вскрышных работ, связанных с отработкой участка съезда, проводятся дополнительные работы по проведению вскрывающей выработки в новом месте, а также, при необходимости, дополнительный разнос вышележащих рабочих горизонтов разреза на величину, достаточную для размещения переустраиваемого (создаваемого) участка съезда.
Перемещая участки съездов, попадающие в отработку на данном этапе, при необходимости, вскрывая новые рабочие горизонты, потребность в создании которых связана с развитием горных работ, корректируются объемы вскрышных работ по горизонтам и в целом по карьеру, промежуточное положение горных работ с учетом вскрытия рабочих горизонтов.
На энергозатраты и транспортную работу влияют: мощность двигателя автосамосвала; сила сопротивления движению (состоящая из основного сопротивления движению, сопротивлению от уклона, от кривизны участка трассы и от воздушной среды); условия безопасности движения и характеристика автодорог (ее назначение, время существования, категория), ограничивающие скорость автосамосвалов и влияющие на мощность, потребляемую транспортной машиной.
Отбираемая мощность автосамосвала и продолжительность движения по отдельным участкам трассы, являясь основными параметрами, которые необходимо учитывать при выборе положения и параметров создаваемых (переустраиваемых) участков трассы, определяют энергозатраты и транспортную работу.
Для нахождения положения вскрывающих выработок предварительно осуществляется подвигание задаваемого фронта
горных работ и расчет объемов между положениями:
1. Задается величина шага подвигания горных работ, то есть величина, на которую происходит развитие работ в плане.
2. Определяется количество подвигаемых уступов.
3. Создается таблица, содержащая следующие данные: объем горной массы, перемещаемой в определенный период отработки; номер периода отработки; номер уступа; тип горной массы; способ отработки.
Уступы, соответствующие добычным и вскрышным бестранспортным, используются для подсчета объемов горной массы, отрабатываемой на текущем этапе (периоде) отработки, формирование вскрывающих выработок в добычной и вскрышной бестранспортной зонах не осуществляется.
4. Подвигание уступов на величину шага и определение объемов между положениями горных работ. Осуществляется, начиная с нижней бровки добычного уступа и до верхней бровки уступа, выходящего на поверхность. Каждая бровка уступов задается как полилиния - ломаная линия, состоящая из отрезков прямых.
Между двумя крайними точками на разрезах осуществляется подвигание текущих выбранных полилиний на величину заданного шага.
Для этого осуществляется поиск точек, расположенных на подвигаемой бровке, соответствующих найденным крайним точкам. При этом определяются номера этих точек и номера полилиний, на которых они расположены. То есть просматриваются все точки, лежащие на каждой из выбранных полилиний.
В случае если минимальная точка не найдена, что характерно для вскрышных транспортных уступов, осуществляется поиск для полилинии, в которой найдена мак-
симальная, точку, имеющую минимальное значение по оси X.
Определяются координаты X и У нового положения рассматриваемой бровки уступа, при этом точки перемещаются в направлениях разрезов на величину заданного шага. Для этого создается новая полилиния со следующими параметрами: номер полилинии, номер слоя (для каждого уступа - различный) и номер типа линии (определяется тип линии, с помощью которой отрисовывается положение бровки).
На новой полилинии отстраиваются точки с параметрами: номер полилинии - номер создаваемой полилинии; номер точки - равен номеру переносимой точки; координаты X, У и Ъ (задается равной нулю в случае необходимости переноса данной точки на следующем положении горных работ); номер начала периода отображения (равен следующему) и номер конца периода отображения (равен нулю), определяющие на каких периодах отработки показывать данную полилинию.
То есть, те точки, которые не изменяют своего положения на вновь создаваемой полилинии, относительно переносимой, просто копируются, изменяется лишь номер периода начала отображения.
На полилинии, подлежащей переносу, в записях по точкам изменяется номер конца периода отображения на номер текущего подвигания.
Определяются координаты Ъ точек, которые занимают новое положение по сравнению с предыдущим. Сначала определяются эти координаты для точек, попадающих на разрезы, а затем оставшиеся. Для точек, попадающих на разрезы, находящихся на добычных и бестранспортных уступах координата Ъ определяется по расположению между двумя ближайшими точкам на разрезах. Для точек вскрышных транспортных уступов значение координаты Ъ определяется изначально аналогично, а в последствии корректируются.
5. Результатом таких операций будет являться новое положение бровки уступа,
наличие информации о переносимых полилиниях, их точках и соответствующих данным полилиниям новые положения. Таким образом, для каждого положения и на каждом уступе становится возможным определение объема горных работ, который необходимо провести для развития работ на величину шага.
Определение объемов осуществляется для каждой перенесенной бровки в отдельности. При этом для точек с одинаковыми номерами на переносимой и перенесенной полилиниях определяется площадь трапеции, ограниченной с одной стороны линией, объединяющей данные точки, с другой - горизонтальной линией, лежащей в одной плоскости с предыдущей. Отметка Ъ этой линии может быть любой, но равной для всех сечений.
Определив площади сечений, определяются расстояния между ними по фронту горных работ и вычисляются объем породы, заключенные между отрабатываемой (вскрываемой) поверхностью, задаваемой положением нижней или верхней бровки уступа, на данном этапе и горизонтально плоскостью, проходящей через определенную отметку Ъ.
Разность между объемами, определяемыми с использованием положения верхней и нижней бровок - объем породы отрабатываемой на данном этапе (периоде).
6. Записываются данные в таблицу отчета для каждого этапа и горизонта: объем породы, этап отработки, номер горизонта, способ отработки.
Формирование варианта вскрытия вскрытия рабочих горизонтов карьера заключается в следующем:
1. Для промежуточного положения горных работ определяются положения съездов на вскрышных транспортных уступах из условия обеспечения минимальных энергозатрат (работы на движение автосамосвала).
Для этого задаются значения параметров участков трассы по забою, временным участкам съездов, укатанным проездам на горизонтах, поверхности, въезду на отвал, отва-
лу. Для всех участков трассы вводятся значения основного удельного сопротивления движению, уклона. Также для участков трассы по поверхности, отвалам вводится начальная длина данных участков, соответствующая исходному положению горных работ, и величина ее изменения при развитии горных работ при подвигании рабочего борта карьера.
1.1. Определяется скорость движения автосамосвалов по различным участкам трассы.
1.2. Находится продолжительность движения для текущего этапа отработки от начала и окончания подвигания по длине фронта горных работ на верхнем вскрышном транспортном уступе.
1.3. Определяется мощность, отбираемая на движение по различным участкам трассы по формуле.
1.4. Рассчитывается работа на движение для текущего этапа отработки от начала и окончания подвигания по длине фронта горных работ на верхнем вскрышном транспортном уступе.
1.5. Зная работу на движение от окончаний подвигания фронта горных работ на верхнем уступе до отвалов, определяется положение вскрывающей выработки (выработок) на текущем горизонте.
Для этого определяется точка начала съезда на текущем горизонте, из условия обеспечения минимальных энергозатрат на перемещение отрабатываемого, на данном этапе, объема горной массы, имея данные распределения объема породы по длине фронта вскрышных работ, параметрам участков съездов в пределах карьера, скорости и отбираемой мощности при движении по ним.
Аналогичные вычисления повторяются вплоть до количества создаваемых вскрывающих выработок (участков съездов) равного количеству пунктов приема горной массы (отвалов).
Среди полученных вариантов выбирается наиболее рациональный с позиции энер-
гозатрат, то есть тот вариант, для которого энергозатраты минимальны.
Данные вычисления повторяются для нижележащих горизонтов, но осуществляется поиск рационального варианта расположения вскрывающих выработок (участков съездов) уже не относительно пунктов приема горной массы (отвалах), а относительно начала участков съездов на вышележащем горизонте.
После расчета по всем вскрышным транспортным уступам имеется вскрытие карьера для текущего периода (этапа) развития горных работ.
2. Помня о том факте, что параметры трассы влияют на дополнительный объем вскрышных работ, которые необходимо провести для создания пространства, предназначенного для размещения участков съездов (вскрывающих выработок), и которые не учитываются при построении (расчете) промежуточных положений горных работ. После определения местоположения и параметров съездов проводится корректировка объемов горной массы, извлекаемых на каждом из периодов (этапов) подвигания фронта горных работ.
Дополнительные объемы горных работ зависят от параметров создаваемых участков съездов (длины съезда, длины участка площадки примыкания, ширины участка съезда, равной ширине транспортной бермы), а также от возможности вскрытия рабочих горизонтов без разноса вышележащих уступов, что зависит непосредственно от ширины рабочих площадок, присутствующих на карьерах (разрезах).
При достаточной ширине площадок в рабочей зоне разрезов (карьеров), то есть такой ширине, которая больше ширины рабо-
чей площадки (сумма минимальной рабочей площадки и ширины заходки выемочного оборудования или ширины взрываемого блока) на ширину транспортной бермы, вскрытие рабочих горизонтов возможно осуществлять без подвигания вышележащих. В данном случае объем дополнительных горных работ, проводимых для создания участков съездов, будут минимальны и равны сумме объемов горных работ, проводимых для создания каждого съезда на рабочем горизонте в отдельности. Приблизительно данная величина будет равна половине суммы произведений длин участков съездов, ширины транспортной бермы, высоты подъема горной массе каждого создаваемого участка съезда (объем работ на создание участков съездов).
В противном случае, если необходим разнос вышележащих горизонтов, объем дополнительных горных работ будет складываться из объема работ, проводимого непосредственно на создание участков съездов, и дополнительного разноса бортов карьера (разреза) для обеспечения возможности создания (проведения) участков съездов.
Дополнительный объем работ на обеспечение возможности проведения участков съездов складывается из суммы произведений длин участков съездов на среднюю высоту массива горной массы, располагающейся над уступом, где осуществляется создание новой вскрывающей выработки, каждого из создаваемых участков съездов.
Окончательный выбор местоположения и параметров съездов должен определяться не только по затратам транспортирования, а в целом по процессам открытых горных работ.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------
Хныкин И.А. - Московский государственный горный университет.
© и.и.
УДК 622.271
