Взаимосвязь показателей вскрышных работ с высотой отрабатываемых уступов при применении новых выемочно-погрузочных машин Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 15

ДОКЛАД № НА ' СИМПОЗИУМЕ ' "НЕДЕЛЯ № ГОРНЯКА -

|1№М№М№ММОИМЮА1№МГГУИИ11Ш11МЮМИМ1т1ИШ1М9№М№М№М№М№М№М№М№М№М№М№М№М№М№М№М№1

Ц шц;^ :Н.П. : Сеинов. Ю.П.: Самородов, |

Ц С.А. Сушенкова, Л.С. Ким, 2000

удк 622.271.4 I

;; Н.П. Сеинов, Ю.П. Самородов,

|| С.А. Сушенкова, Л.С. Ким

У ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВСКРЫШНЫХ

И РАБОТ С ВЫСОТОЙ ОТРАБАТЫВАЕМЫХ И УСТУПОВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ НОВЫХ

У ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫХ МАШИН

Повышение высоты вскрышных уступов при колесных видах транспорта основывается на создании выемочно-погрузочных машин с рабочими параметрами, обеспечивающими безопасную отработку таких уступов. При железнодорожном транспорте такие решения привели к созданию и применению для отработки уступов высотой до 20 м экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием типа ЭКГ-12ус (на базе ЭКГ-15) для погрузки на уровне установки, имеющих максимальную высоту черпания 22 м. Перспективной моделью для таких схем является экскаватор ЭКГ-16ус с высотой черпания около 22 м и ковшом емкостью 16 м3.

В технологических схемах с использованием крупных экскаваторно-автомобильных комплексов повышение высоты уступов в 1,3-2 раза можно достигнуть путем увеличения как единичной мощности выемочно-погрузочных машин, так и их рабочих параметров. В частности, конструкторские проработки, проведенные АО "Ижорские заводы" на стадии разработки технического проекта, показали возможность создания карьерного экскаватора с ковшом емкостью 30 м3 и высотой черпания 20,7 м, что обеспечивает безопасную отработку уступов высотой 20 м. Новые возможности по повышению высоты уступов (до 30 м) появляются в результате реализации предложений ИГД им. А.А. Скочинского и ИПКОН РАН по созданию на базе драглайнов экскаваторов нового типа - кранлайнов, обеспечивающих отработку уступов нижним черпанием с погрузкой в автосамосвалы.

Повышение высоты уступа благоприятно отражается на показателях всех технологических процессов: буровзрывных работах, выемочно-погрузочных, транспортировании. Дополнительная экономия в годовых эксплуатационных расходах, в том числе и на отвалообразовании, обеспечивается за счет увеличения угла откоса

Рис. Схема к определению показателей вскрышных работ в зависимости от угла откоса рабочего борта

рабочего борта и сокращения благодаря этому текущего коэффициента вскрыши.

Повышение высоты уступа позволяет получить новое положение рабочего борта, определяемое углом его откоса урн (рисунок). В период перестройки рабочего борта, связанного с переходом его из базового положения, определяемого углом откоса урб, в новое положение, происходит снижение объемов вскрышных работ. В расчете на 1 пог. м длины фронта работ это снижение по всей высоте рабочего борта, обозначенное как Avb, соответствует заштрихованной площади на рисунке.

Для определения эффективности применения экскаватора нового типа, обеспечивающего отработку вскрыши более высокими уступами, производится расчет годового снижения объемов вскрыши в расчете на экскаватор AVh3 в период перестройки рабочего борта. Этот показатель определяет дополнительную экономию в годовых эксплуатационных затратах от увеличения высоты уступов и угла откоса рабочего борта. От него зависит годовая экономия в затратах Э = Асб -Avb3, где Асб - себестоимость 1 м3 вскрыши в базовом варианте.

Исходными горно-техническими данными для определения показателей вскрышных работ в зависимости от высоты уступа в период перестройки рабочего борта являются: номинальная мощность пласта полезного ископаемого, Щщ, м; угол падения пласта, рш, градусы; годовое подвигание фронта работ по угольному пласту (по падению), руг, м;

плотность угля, уу, т/м3; коэффициент, учитывающий потери угля, Кпот; мощность вскрыши, Нв, м.

Подвигание фронта вскрышных работ в новом варианте за период перестройки рабочего борта, соответствующее разнице в углах откоса рабочего борта в базовом урб и новом урн вариантах составит

ВВН = НВ (cZgyрб - ctgyрн ). (1)

Подвигание фронта по угольному пласту (по падению)

= ВВН •sin у рн

У sin(y рн +Р ПЛ ) '

Период перестройки борта

Т —-

Ву

В

(3)

УГ

Углубление горных работ по пласту

УП — ВУ ііп Р ПЛ . (4)

Подвигание фронта вскрышных работ в базовом варианте

Ввб — ввн + Уи(с1^1рб - с{8Урн) . (5)

Объем вскрыши на 1 пог.м длины рабочего борта : базовый вариант

^Вб = ВВб (НВ + 0,5УП ), (6)

новый вариант

¥ВН — 0>5ВВН (нВ + УП ) . (7)

Снижение объема вскрыши на 1 пог.м длины рабочего борта

АУв = Увб - Увн. (8)

Объем вскрыши на длине экскаваторного фронта L фэ по всей высоте рабочего борта: базовый вариант

^эб = ^б^э , (9)

новый вариант

’Уэн = ’Увн^э .

(10)

Объем вскрываемого угля на 1 пог. м фронта работ Уд = ВутПЛКПОТ . (11)

Объем вскрываемого угля на длине экскаваторного фронта

УДЭ = VДLфэ У у . (12)

Коэффициент вскрыши: базовый вариант

Vэб

К

ТВН

V,

Дэ

новый вариант К -Кт

^ТВН

V,

Дэ

Разница в коэффициентах вскрыши

АК-ТВ — КгВб - К

ТВб ■

(13)

(14)

(15)

Годовой объем вскрываемого экскаватором угля QHГэ

(16)

ТВН

где QГэ - годовая производительность экскаватора в новом варианте, млн. м3/ год

Годовое снижение объемов вскрыши в расчете на экскаватор

^Вэ — Vуэ АКТВ . (17)

Результаты расчетов показателей вскрышных работ для базового варианта с высотой уступа 15 м и новых вариантов с высотой уступов 20 и 30 м приведены в табл. 1. В качестве исходных для расчетов, приняты условия разреза "Не-рюнгринс-кий": тпл = 27 м, рпл = 70, Ьуг = 60 м, уу = 1,35 т/м3. За основу принята схема с тупиковым заездом автосамосвалов, которая позволяет уменьшить ширину рабочих площадок на уступах. Углы откоса рабочего борта рассчитаны из условия, что рабочие площадки устраиваются на каждом уступе на всем протяжении фронта.

С увеличением ширины рабочей площадки уменьшается подвигание фронта вскрышных работ за период перестройки рабочего борта. При ширине рабочей площадки 49, 60 и 64 м оно составляет 352, 314 и 283 м. При увеличении ширины рабочей площадки в новом варианте изменяются в сторону уменьшения показатели базового варианта. Это связано с тем, что подвигание фронта вскрышных работ в базовом варианте ввб, подвигание фронта по угольному пласту ву и углубление горных работ по пласту Уп зависят от угла откоса рабочего борта в новом варианте. Величины этих показателей и других уменьшаются с увеличением ширины рабочей площадки в новом варианте. В том числе уменьшается и результирующий показатель - годовое снижение объемов вскрыши в расчете на экскаватор ДVвэ. При ширине рабочей площадки в новом варианте (с высотой уступа 30 м) 60 и 64 м годовое снижение объемов вскрыши в расчете на один экскаватор ДVвЭ в период перестройки рабочего борта составляет соответственно 3,97 и 3,84 млн.м3 в год.

В определенных горно-технических условиях, характеризуемых величинами тпл, Рпл, Руг и заданных высотах уступов (в базовом и новом вариантах) при установлении показателя ДVвЭ в качестве исходных принимаются значения мощности вскрыши Нв, длины фронта работ в расчете на экскаватор Lфэ и годовая производительность экскаватора Qгэ. Эти показатели могут быть различными при одних и тех же горно-технических условиях, характеризуемых указанными выше параметрами.

В качестве основного варианта на основе анализа данных по разрезу "Нерюнгринский" приняты: длина фронта уступа на экскаватор Lфэ, равная 3 км, мощность вскрыши Нв=250 м, расчетная годовая производительность экскаваторов в базовом и новых вариантах (см. табл. 1). Влияние изменения этих параметров на величину результирующего показателя ДVвЭ показано в табл. 2 в варианте увеличения высоты уступа с 15 до 30 м.

При определенной мощности вскрыши Нв в первую очередь переменным параметром может являться длина экскаваторного фронта Lфэ на уступе. Как видно из табл. 1, многие показатели вскрышных работ не зависят от этого параметра. Изменения начинаются с показателя, характеризующего объемы вскрыши на длине экскаваторного фронта по всей высоте рабочего борта ^. Этот показатель с уменьшением длины экскаваторного фронта уменьшается соответственно. Снижается соответственно и объем вскрываемого угля ^э в расчете на длину экскаваторного фронта . Такие же показатели как коэффициент вскрыши, разница в коэффициентах вскрыши, годовой объем вскрываемого экскаватором угля ^э остаются неизменными. Остается неизменным и снижение годового объема вскрыши в расчете на экскаватор ДVвЭ. Таким образом, этот результирующий показатель не зависит от длины экскаваторного фронта.

Таблица 1

ПОКАЗАТЕЛИ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ

Наименование Величина показателей по вариантам

показателей базовый-1 новый-1 базовый-2 новый-2

Высота вскрышного уступа, Ну, м 15 20 15 30

Ширина рабочей площадки,Шрп,м Угол откоса рабочего борта разреза, ур , градусы 49 54 49 60

15,8 18,6 15,8 23,7

Мощность вскрыши, Нв,м 250

Подвигание фронта вскрышных работ за период перестройки рабочего борта, вв,м 148 140,7 352 314

Подвигание фронта по угольному пласту (по падению), ву,м 103,9 247

Период перестройки борта, Т, лет Углубление горных работ (по пласту) за период перестройки рабочего борта, Уп, м Длина фронта работ на экскаватор, Lфэ , км 1,73 4,12

12,7 30,1

3,0 3,0

Объем вскрыши на 1 пог.м длины рабочего борта, Vв, тыс. м 3/ м 37,9 18,5 93,3 43,9

Снижение объема вскрыши на 1 пог.м длины рабочего борта, Ау„ тыс.м3/м — 19,4 49,4

Объем вскрыши на длине экскаваторного фронта по всей высоте рабочего борта, V , млн.м3 113,8 55,4 279,9 131,9

Объем вскрываемого угля на 1 пог.м фронта работ, м3 / м 2629 6249

Объем вскрываемого угля на длине экскаваторного фронта за период перестройки рабочего борта, ^э, млн.т 10,6 25,3

Коэффициент вскрыши, Ктв, м3/ т Разница в коэффициентах вскрыши, АКтв, м3/ т 10,7 5,2 11,1 5,2

5,5 5,9

Годовая производительность экскаватора, Qгэ, млн.м3/ год 3,5 5,6 3,5 3,5

Г одовой объем вскрываемого угля экскаватором, Vyэ, тыс.т / год __ 1077 __ 673

Снижение объемов вскрыши в расчете на экскаватор, А^э, млн.м3 / год __ 5,92 __ 3,97

Таблица 2

СНИЖЕНИЕ ГОДОВОГО ОБЪЕМА ВСКРЫШИ В РАСЧЕТЕ НА ЭКСКАВАТОР, ДVВЭ

а - в зависимости от длины экскаваторного фронта, Lфэ (при Нв=250 м, Qгэ=3,5 млн.м3)

Lфэ, км 1,0 1,5 2,0 3,0

АКтв, т/м3 5,85 5,85 5,85 5,9

^э, тыс.т 672 672 672 673

А^э, млн.м3 3,93 3,93 3,93 3,97

б - в зависмости от мощности вскрыши, Нв (при Lфэ = 3,0 км, Qгэ = 3,5 млн.м3)

Нв, м 100 150 200 250

АКтв, т/м3 2,34 3,50 4,67 5,90

^э, тыс.т/год 1680 1120 840 673

АVвЭ, млн.м3 3,92 3,92 3,93 3,97

в - в зависимости от годовой производительности экскаватора, Qгэ (при Нв=250 м, Lфэ=3,0 км)

Qгэ, млн.м3 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6

^э, тыс.т/год 537 577 615 654 692

АVвЭ,млн.м3 3,14 3,37 3,60 3,82 4,05

Не является стабильным и такой исходный параметр как мощность вскрыши Нв. С уменьшением мощности вскрыши сокращаются такие показатели как подвигание фронта вскрышных работ в базовом и новом вариантах, подвигание фронта по угольному пласту, углубление горных работ, длительность периода перестройки рабочего борта, объем вскрыши в расчете на 1 пог.м длины рабочего борта, текущий коэффициент вскрыши. Однако увеличивается годовой объем вскрываемого экскаватором угля, и, исходя из этого показателя и текущего коэффициента вскрыши, остается неизменным снижение объемов вскрыши в расчете на экскаватор (см. табл. 2).

Переменной величиной в исходных данных может быть также годовая производительность экскаваторов в базовом и новом вариантах. При анализе влияния этого исходного параметра на расчетные показатели вскрышных работ (см. табл. 2) сохранялось условие, что соотношение годовой производительности экскаваторов в базовом и новом вариантах остается на уровне расчетного значения (см. табл. 1). Анализ показывает, что с уменьшением годовой производительности экскаваторов в базовом и новом вариантах пропорционально уменьшаются годовой объем вскрываемого экскаватором угля и результирующий

показатель - снижение объемов вскрыши в расчете на экскаватор.

Таким образом, величина снижения объемов вскрыши в расчете на экскаватор при увеличении высоты отрабатываемого уступа уменьшается с увеличением ширины рабочей площадки в новом варианте, не зависит от длины фронта работ на экскаватор и мощности вскрыши, изменяется пропорционально изменению годовой производительности экскаватора. Г одовое снижение объемов вскрыши в расчете на экскаватор, позволяющий отрабатывать уступы повышенной высоты, составляет значительную величину, сопоставимую с годовой производительностью экскаватора. В связи с этим получаемая экономия в ресурсах сопоставима с годовыми эксплуатационными затратами на выполняемый экскаватором объем вскрышных работ. Длительность периода перестройки рабочего борта, в течение которого достигается ежегодная экономия в эксплуатационных затратах, зависит от мощности вскрыши. Фактическая длительность периода перестройки рабочего борта будет зависеть от графика ввода новых типов экскаваторов для формирования нового положения рабочего борта.

ИрГТ-Т ............................................/

Сеинов Николай Павлович — кандидат технических наук, зав. лабораторией, «Институт горного дела им. А.А. Скочинского».

Самородов Юрий Петрович — профессор, доктор технических наук, «Институт горного дела им. А.А. Скочинского».

Сушенкова С.А. — инженер, «Институт горного дела им. А.А. Скочинского».

Ким Л. С. — инженер, «Институт горного дела им. А.А. Скочинского».

У