CC BY
42
РисСЙМЙНАрмрЛЬная высота
Ч:ТЗР0ет5Ш»МО1аШ1УМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -
СТ001сти ковша
---МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© К.Н. Трубецкой, А.Н. Домбровский, И.А. Сидоренко, Н.П. Сеинов, 2001
УДК 622.271
К.Н. Трубецкой, А.Н. Домбровский,
И.А. Сидоренко, Н.П. Сеинов
ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕОСНАЩЕНИЯ ОТКРЫТЫХ РАЗРАБОТОК НА БАЗЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ
УУ! ВЕКА _ КРАНПАЙНОВ
Н
а современном этапе развития открытых разработок их техническое переоснащение является важнейшим фактором повышения эффективности горного производства. С учетом достижений научно-техни-ческого прогресса задача состоит не только в простом обновлении сильно изношенного парка основного горного и транспортного оборудования традиционных видов, но и в ориентации на применение принципиально новых машин, позволяющих существенно модернизировать саму технологию открытых горных работ с конечной целью улучшения их технико-экономических результатов. К таким машинам следует отнести, прежде всего, кранлайны (драглай-ны погрузочного типа), использование которых позволяет увеличить высоту уступов на карьерах и разрезах со всеми вытекающими отсюда положительными последствиями и новыми возможностями совершенствования процессов открытых разработок месторождений полезных ископаемых.
Актуальность решения поставленных задач предопределяется как предстоящим неизбеж-
ным увеличением масштабов конкурентоспособной открытой добычи минерального сырья, так и естественным усложнением горногеологических условий разрабатываемых месторождений.
Максимальная глубина разработки на угольных разрезах России превысила 450 м (разрез «Коркинский»), 15 разрезов имеют глубину разработки более 150 м, 45 разрезов - от 50 до 150 м. Проектный коэффициент вскрыши на угольных разрезах колеблется в широких пределах (от 1,0 до 20,0 м3/т), составляя в среднем величину порядка 4,5-5,0.
В настоящее время в угольной промышленности годовой объем вскрышных пород, разрабатываемых на разрезах по транспортной системе разработки с применением традиционного выемочно-погрузочного оборудования - одноковшовых карьерных экскаваторов-
мехлопат, превышает 500 млн мз, из которых с погрузкой в автосамосвалы - 300 млн мз' Между тем снижение объемов вскрыши за последнее десятилетие почти повсеместно шло более интенсивно, чем объемов добычи. При практически неизменных (или ухудшающихся) горногеологических условиях
добычи угля такое несоответствие свидетельствует об отставании вскрышных работ, что негативно сказывается на общем состоянии открытого способа добычи угля.
«Энергетическая стратегия России», утвержденная Правительством РФ, предусматривает возрастание добычи угля до 300-340 млн т в 2010 г. и до 340-400 млн т в 2020 г. с доведением в 2020 г. доли открытого способа добычи угля до 8085 %. Реализация такого высокого уровня добычи ставит перед угольной отраслью и его открытым способом достаточно сложные задачи, вытекающие из фактического состояния этого способа и специфики современных условий в хозяйственной системе страны, перешедшей к рыночным отношениям. Положение усугубляется весьма запущенным состоянием угольных разрезов, связанным с большим физическим и моральным износом оборудования, разбаланси-рованностью инфраструктуры, снижением платежеспособного спроса на уголь и др.
Открытая разработка рудных месторождений, составляющая более 80 % общего объема добычи руд в РФ, находится в аналогичных условиях. При открытой разработке руд черных и цветных металлов в общих объемах разрабатываемой горной массы на долю транспортной системы приходится свыше 90 %.
Неблагоприятное влияние оказывает и сложная экологическая обстановка на разрезах и карьерах, что в том числе связано с необходимостью отчуждения больших площадей земель.
За последние 30-40 лет несмотря на увеличение глубины карьеров и разрезов при росте вместимости ковшей применяемых одноковшовых экскавато-
ров с 3-4 м3 до 15-20 м3 и более, высота разрабатываемых уступов возросла незначительно - с 10 до 15 м и не имеет тенденции к дальнейшему ее возрастанию, что связано с конструкцией создаваемых моделей мехлопат. На рис. 1 показаны зависимости высоты черпания серийно выпускаемых одноковшовых экскаваторов-мехлопат от вместимости ковша по наиболее представительным отечественным и зарубежным машинам. Как видно из приведенных данных, в широком диапазоне изменения вместимости ковша высота черпания экскаваторов не поднимается выше 15-17 м. Попытки создания экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием для возможности отработки более высоких уступов приводит к необходимости существенного снижения вместимости ковша и производительности экскаватора.
Возникшая таким образом диспропорция в конечном итоге привела к усложнению технологии работ на глубоких горных предприятиях и ухудшению их технико-экономических показателей. Характерным примером может быть крупный угольный разрез «Нерюнгринский», на котором отработка вскрыши мощностью 300 м ведется карьерными экскаваторами с ковшами вместимостью до 20 м3 на уступах высотой 15 м. Поскольку в рабочей зоне находится до 20 таких уступов, угол рабочего борта не превышает 15-16о , что приводит к необходимости выполнения дополнительного
большого объема вскрышных работ. Многолетние попытки увеличить высоту разрабатываемых уступов даже до 20 м на разрезе «Нерюн-гринский» завершились возвратом на прежние величины из-за возрастающих опасных условий, прежде всего, связан-
ных с образованием козырьков в верхней части уступа.
Стало очевидным, что при традиционной выемочно-погрузочной технике (карьер-ные экскаваторы-механичес-кие лопаты) невозможно увеличить высоту уступа.
В последние годы совместно ИПКОН РАН и ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского был выполнен цикл научно-
исследовательских работ, в результате которых был разработан принципиально новый экскаватор - кранлайн с нижнем черпанием и погрузкой горной массы в транспорт на уровне своего стояния. При использовании этого экскаватора высота уступа может быть увеличена до 30-40 м. (рис. 2).
Кранлайн отличается от традиционного драглайна наличием третьей дополнительной лебедки заброса ковша, оснащенной канатом, проходящим через головные блоки стрелы, а также дополнительными блоками, установленными в средней части стрелы и проходящими через них канатами подъемной лебедки. Тяговая лебедка кранлайна не отличается от традиционной.
Процесс работы кранлайна состоит из черпания, происходящего как и у традиционных драглайнов, затем после наполнения ковша происходит его от-
рыв и подъем к месту разгрузки. Определяемому положением блоков, расположенных в средней части стрелы с одновременным поворотом машины к месту установки транспортного средства. При необходимости место разгрузки может корректироваться натяжением тягового или забросного канатов, обеспечивая зону возможной разгрузки в пределах 6-8 м. Минимальный радиус разгрузки ковша определяется высотой кузова автосамосвала, длиной упряжи ковша и высотой нижнего пояса стрелы кранлайна в месте разгрузки и составляет для машин с ковшом 20-25 м3 около 20-25 м.
Рис. 2. Схема установки кран-лайна в забое
В настоящее время предложены две конструкции ковша кранлайна: традиционный, с
разгрузкой опрокидыванием через зубья, который может быть применен на мягких сыпучих породах и специальный - с разгрузкой через открывающуюся заднюю стенку, как это имеет место у мехлопат. Данный ковш отличается большей точностью и безударностью разгрузки в транспортное средство т.к. может быть опущен непосредственно в его кузов. Отпирание задней стенки ковша осуществляется прослаблением забросно-го каната, приводящего в действие запорный механизм. После разгрузки тяговый и подъемный канаты прослабляются и пустой ковш, подвешенный только на канате забросной лебедки, опускается в забой.
Особенностью работы кран-лайна является также то, что в процессе поворота к месту разгрузки груженый ковш не удаляется от оси вращения экскаватора, а наоборот приближается к ней, что позволяет значительно снизить инерционность экскаватора в повороте и повысить скорость этого процесса и тем самым сократить время цикла. В
конструкции кранлайна предложены технические решения позволяющие практически полностью исключить поперечное колебание ковша при торможении перед разгрузкой, что также повышает ее точность и сокращает время цикла.
Таким образом удалось совместить преимущества традиционного драглайна - возможность отработки высоких уступов с достоинствами традиционных мехлопат, обеспечивающих точную и безударную погрузку транспортных средств в непосредственной близости от кабины машиниста.
Предложенные решения защищены патентами Российской кандидат технических наук, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, Федерации № 2079609, № 20990705
Техническое переоснащение открытых разработок путем замены мехлопат кранлайнами является одним из радикальных путей существенного улучшения технико-экономической и экологической обстановки на разрезах и карьерах только за счет увеличения высоты уступа с 10-15 м до 30-35 м при транспортной системе разработки. Увеличение
высоты уступа позволяет решить ряд горнотехнических и экономических проблем в результате сокращения числа транспортных горизонтов (рабочих площадок), увеличения угла откоса рабочего борта и снижения величины текущего коэффициента вскрыши. Увеличение в определенных пределах угла откоса рабочего борта обеспечивает существенное снижение объемов горнокапитальных работ, а при наклонном залегании полезного ископаемого также и текущего коэффициента вскрыши.
На рис. 3 представлена сопоставительная схема разработки вскрышной толщи мощностью до 90 м с использованием традиционных мехлопат ЭКГ-20 при разделении ее на 6 уступов высотой по 15 м каждый и новых экскаваторов-кранлайнов ДШП 20.50 при нарезке трех 30метровых уступов. В варианте с высокими уступами угол откоса рабочего борта увеличивается до 24о против 16о в базовом варианте. Экскавация кранлайнами нижним черпанием, кроме того, позволяет уменьшить дальность транспортирования горной массы внутри карьера в режиме движения транспортных средств на подъем.
Последовательная замена карьерных экскаваторов кран-лайнами производится, начиная с нижних горизонтов (рис. 4). Применительно к действующему горному предприятию с целью сохранения уровней существующих транс-портных горизонтов удобно производить увеличение высоты уступа: в два раза, например, с 15 м до 30 м. Замена первых двух мехлопат двумя кранлайнами адекватной производительности, но устанавливаемых на кровле сдвоенного ус-
тупа, позволяет на весь период отработки заходки (например, на год) приостановить вскрышные работы на верхних уступах.
С производственной точки зрения переход на новую технологию обеспечивает своего рода «передышку» горному предприятию, выражающуюся в снижении текущего коэффициента вскрыши при сохранении объемов добычи, что приводит к снижению себестоимости полезного ископаемого. Уменьшение объемов вскрышных работ будет наиболее значительным в первый год (на 83%, исходя из периода технического переоснаще-
ния в 4 года), во второй - на 68 %, когда кранлайнами отрабатываются объемы вскры-ши трех нижних сдвоенных уступов, в третий - на 36 % и в 4-й перестройка борта заканчивается.
Результаты выполненных расчетов по рассмотренному примеру технического переоснащения свидетельствуют о том, что замена мехлопат кранлайна-ми уже в первый год их эксплуатации приводит к экономии, дающей возможность окупить капитальные затраты на приобретение кранлайнов.
Новая технология с отработкой кранлайнами 30-метровых
Рис. 3. Принципиальная схема разработки рабочей зоны карьера с использованием традиционных мехлопат ЭКГ 20 и кранлайнов ДШП 20.50
Рис. 4. Схема реконструкции рабочего борта карьера при его техническом переоснащении
уступов в условиях угольного разреза «Нерюнгринский» позволяет снизить объемы вскрыши в период перестройки рабочего борта в расчете на один экскаватор-кранлайн примерно на 4 млн м3 в год при уменьшении протяженности забойных дорог в 1,6 раза и расстояния транспортирования вскрыши на 15 %, сокращении в 1,5 раза объемов бурения и количества буровых станков на экскаватор, уменьшении удельного расхода ВВ на 12 % и площади земель, отторгаемых открытыми горными работами.
Области рационального применения кранлайнов не ограничиваются их внедрением на действующих предприятиях. При проектировании новых объектов открытых горных работ ориентация на использование кран-лайнов позволяет получить более благоприятные расчетные технико-экономи-ческие показатели в сравнении с вариантами применения традиционного оборудования. Весьма перспективным направлением является использование кранлайнов для открытой разработки месторождений в сложных горногеологических и гидрологических условиях, каким является, например, месторождение алмазов им. М.В. Ломоносова в Архангельской области.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
ш
£!
Трубецкой Климент Николаевич - Академик РАН, профессор, доктор технических наук, директор Института проблем комплексного освоения недр РАН.
Домбровский А.Н. - кандидат технических наук, Институт проблем комплексного освоения недр РАН,
Сидоренко И.А. - кандидат технических наук, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, Сеинов Николай Петрович - кандидат технических наук, Институт горного дела им. А.А. Скочинского.
