загрузаить автореферат

На правах рукописи
АВРААМОВ Владимир Сергеевич
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПОДГОТОВКИ НОВЫХ ГОРИЗОНТОВ
НА ОБВОДНЕННЫХ УГОЛЬНЫХ КАРЬЕРАХ
ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ ЭКСКАВАТОРАМИ
ТИПА ОБРАТНАЯ ЛОПАТА
Специальность 25.00.22 – Геотехнология (подземная,
открытая и строительная)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2010
Работа выполнена в государственном образовательном
учреждении
высшего
профессионального
образования
Санкт-Петербургском государственном горном институте имени
Г.В.Плеханова (техническом университете).
Научный руководитель –
доктор технических наук, профессор
Холодняков Генрих Александрович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук
Квитка Валерий Васильевич
кандидат технических наук
Борисов Дмитрий Владимирович
Ведущее предприятие –
ОАО «СПб-Гипрошахт»
Защита диссертации состоится 24 сентября 2010 г.
в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.224.06
при Санкт-Петербургском государственном горном институте
имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу:
199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2 (bogusl@spmi.ru),
ауд. 1160
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
Санкт-Петербургского государственного горного института.
Автореферат разослан
23 августа 2010 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
доктор технических наук,
профессор
Э.И.БОГУСЛАВСКИЙ
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. На месторождениях со сложными
гидрогеологическими условиями, характеризующимися обильными
водопритоками, применение традиционных механических лопат при
подготовке новых горизонтов, т.е. углубке карьера, характеризуется
малой скоростью этих работ. Это обусловлено тем, что выемочнопогрузочное оборудование и транспорт работают на нижнем
горизонте (дне карьерного поля), который не полностью осушен,
возникает
проблема
подтопления
техники,
из-за
чего
производительность снижается на 50-60 % по сравнению с их
работой в сухих забоях. Повышение скорости углубки карьера
можно достичь при помощи современных гидравлических
экскаваторов типа обратная лопата (ЭГО), которые, благодаря
разнообразной кинематике движения ковша, могут производить
черпание ниже его уровня стояния по любой траектории при
значительной глубине забоя. Использование этих экскаваторов в
сложных гидрогеологических условиях в значительной степени
сдерживается из-за практического отсутствия обоснованных и
надежных технологических схем горных работ по проведению
углубки карьера в обводненных условиях.
Важными направлениями исследования в этой области
следует считать: разработку методики определения скорости
возможной углубки карьера, создание водоприемной траншеи при
работе гидравлическим экскаватором типа обратная лопата;
определение зависимости размеров водоприемной траншеи от
величины водопритоков и параметров экскаваторов; обоснование
технологии подготовки новых горизонтов.
В этом направлении выполнен большой объем исследований
такими ведущими учеными как А.И. Арсентьев, В.Ф. Колесников,
Н.В. Мельников, Н.Н. Мельников, В.В. Ржевский, П.И. Томаков и
др. Однако, в их работах уделялось мало внимания разработке
технологии подготовки горизонтов при обильных водопритоках.
Таким образом, обоснование технологических схем
подготовки новых горизонтов на обводненных месторождениях
является актуальной задачей горнодобывающей промышленности
страны.
3
Работа выполнена в рамках Государственного контракта
№ 02.740.11.0695 «Создание геомеханически и экологически
безопасных малоотходных способов разработки месторождений
открытым способом в сложных гидрогеологических условиях».
Цель диссертационной работы. Обоснование и разработка
рациональных технологических схем углубочных работ, связанных с
подготовкой новых горизонтов на обводненных угольных карьерах,
с помощью современных гидравлических экскаваторов типа
обратная лопата за счет возможности использования их
конструктивных особенностей.
Идея работы. Подготовку новых горизонтов в сложных
гидрогеологических
условиях
целесообразно
осуществлять
подуступами с использованием возможности гидравлических
экскаваторов типа обратная лопата работать нижним черпанием на
большую глубину, стоя на сухой верхней площадке.
Задачи исследования:
1. Анализ
гидрогеологических
условий
угольных
месторождений России.
2. Изучение общих сведений о технологии углубочных работ
на карьерах.
3. Исследование влияния гидрогеологических факторов на
эффективность работы гидравлических экскаваторов типа обратная
лопата.
4. Совершенствование технологии углубочных работ в
карьере при обильном водопритоке с помощью гидравлических
экскаваторов типа обратная лопата.
5. Определение параметров водоприемной траншеи от
величины
водопритоков
и
технических
характеристик
гидравлических экскаваторов.
6. Расчет экономической эффективности применения
гидравлических экскаваторов типа обратная лопата при подготовке
новых горизонтов на карьере «Лучегорский» Бикинского угольного
месторождения.
Основные защищаемые положения:
1. На карьерах с обильными водопритоками, с целью
сохранения безопасной работы горнотранспортного оборудования,
следует применять гидравлические экскаваторы типа обратная
4
лопата, способные работать в забоях ниже уровня своего стояния,
что позволит увеличить производительность карьера при
подготовке новых горизонтов на 40-50%.
2.
Скорость
углубки
карьера
на
обводненных
месторождениях следует определять с учетом величины
водопритоков на нижние горизонты и технических характеристик
гидравлических экскаваторов.
3. При подготовке нового горизонта и монтажа постоянной
насосной станции необходимо формирование двухступенчатой
водоприемной траншеи подуступами.
Научная новизна работы.
1. Установлена зависимость безопасного расстояния между
верхним и нижним забоями от времени осушения рабочей зоны и
фильтрационных свойств горных пород;
2. Установлена зависимость основных параметров
технологических схем подготовки новых горизонтов от величины
водопритоков
в
карьер
и
технических
характеристик
гидравлических
экскаваторов,
позволяющая
определить
рациональные размеры водоприемной траншеи, для обеспечения
возможности увеличения скорости углубки карьера.
Методы
исследований.
Общей
теоретической
и
методологической базой диссертационной работы послужили труды
отечественных и зарубежных ученых и практиков в области
рационального использования полезных ископаемых при открытых
горных работах. При выполнении исследований использовались:
анализ и обобщение горно-геологических материалов проектных и
производственных организаций, горно-геометрические расчеты,
метод вариантов для сравнения и выбора целесообразных
технологических схем подготовки новых горизонтов на
обводненном угольном месторождении.
Достоверность
научных
положений
и
выводов,
представленных в диссертационной работе, подтверждается
достаточным объемом проанализированной и обобщенной исходной
информации об обводненных месторождениях и условиях их
отработки; получением удовлетворительных результатов по
разработанным технологическим схемам и составленными
5
графиками ведения работ для карьера «Лучегорский» Бикинского
угольного месторождения.
Практическая значимость работы заключается в
обосновании технологии подготовки новых горизонтов на угольных
месторождениях с большими водопритоками, в частности, при
проектировании открытой разработки Бикинского угольного
месторождения карьером «Лучегорский».
Апробация работы. Основные положения работы
докладывались
и
получили
положительную
оценку
на
Всероссийских научных конференциях молодых ученых (г. СанктПетербург, СПГГИ (ТУ), 2005-2009), на 5 и 6-ой международной
научно-практической конференции «Освоение минеральных
ресурсов Севера: проблемы и решения» (г. Воркута, 2007 и 2008), на
IX международной конференции «Экология и развитие общества»
(г. Санкт-Петербург, 2005), на XII Международном научном
симпозиуме имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и
освоения недр», (г. Томск, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из
них 1 в журнале, рекомендованным ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из
введения, 4 глав и заключения общим объемом 148 страниц,
содержит 34 таблицы, 41 рисунок, а также список литературы из 109
наименований.
Автор выражает искреннюю благодарность научному
руководителю профессору Г.А. Холоднякову, развитие идей
которого, постоянное внимание и помощь способствовали
успешному выполнению работы, профессору С.И. Фомину и
доценту Д.Н. Лигоцкому, а также другим сотрудникам кафедры
«Разработка месторождений полезных ископаемых» за практические
советы при написании диссертации.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Общей теоретической базой работы послужили труды
ведущих ученых в области открытых горных работ, рационального
использования природных ресурсов карьерного поля, современных
технологий горного производства таких, как академики РАН
Н.Н. Мельников и К.Н. Трубецкой; чл.-корр. РАН А.А. Пешков и
В.Л. Яковлев, доктора наук Ю.И. Анистратов, А.И. Арсентьев,
6
Ж.В. Бунин, С.Е. Гавришев, В.А. Галкин, А.В. Гальянов, В.Н.
Игнатов, Ю.Е. Капутин, В.В. Квитка, В.С. Коваленко,
В.Ф. Колесников, С.В. Корнилков, А.И. Косолапов, М.В. Костромин,
Н.Я. Лобанов, Ю.М. Овешников, С.П. Решетняк, В.П. Федорко, С.И.
Фомин, Г.А. Холодняков, В.М. Щадов; кандидаты наук С.С.
Аршинов, Д.В. Борисов, И.А. Ишкулова, Н.В. Косенко и др.
Во введении показана актуальность темы диссертации,
определены цель и задачи исследования, отражены научная новизна и
практическая ценность результатов.
В первой главе рассмотрены и проанализированы горнотехнологические и гидрогеологические условия угольных
месторождений России, определены проблемы, возникающие при
подготовке новых горизонтов, особенно в условиях связанных с
обильными водопритоками и сезонными паводками. Представлены
варианты и произведен анализ применения различной выемочнопогрузочной техники при углубочных работах.
Во второй главе проанализированы особенности влияния
горно-технологических и гидрогеологических условий на работу
гидравлических экскаваторов типа обратная лопата. Рассмотрен
способ определения параметров системы разработки, позволяющий
работать экскаватору с максимальной производительностью.
Предложены варианты осушения карьерного дна.
В третьей главе приведены расчеты осушения карьерного
поля, способы отработки пульпы с дна карьера. Определена
зависимость времени и объема горных работ при подготовке нового
горизонта от величины угла падения пласта, на основании чего
представлена формула определения скорости углубки. Рассмотрены
технологические варианты подготовки новых горизонтов, определен
рациональный способ – создание двухступенчатой водоприемной
траншеи с использованием гидравлического экскаватора типа
обратная лопата
В четвертой главе произведен выбор рациональной модели
гидравлического экскаватора для работы на карьере «Лучегорский».
С учетом параметров экскаватора определена его роль при
подготовке нового горизонта. Предложены технологические схемы
создания водоприемной траншеи при проходке разрезной траншеи
по висячему боку залежи и непосредственно по самому пласту.
7
Основные результаты исследований отражены в следующих
защищаемых положениях:
1. На карьерах с обильными водопритоками, с
целью сохранения безопасной работы горнотранспортного
оборудования,
следует
применять
гидравлические
экскаваторы типа обратная лопата, способные работать в
забоях ниже уровня своего стояния, что позволит
увеличить производительность карьера при подготовке
новых горизонтов на 40-50%.
С увеличением глубины отработки горно-геологические
условия усложняются, увеличивается количество воды, растет объем
пульпы. В связи с этим работа выемочно-погрузочного
оборудования и транспорта значительно затрудняется, особенно при
осушении и отработке пульпы. При подготовке новой части дна на
подуступ верхняя и нижняя его части не связываются между собой в
одном цикле углубления с использованием традиционного
выемочно-погрузочного оборудования. При этом горные работы
ведутся только на верхнем подуступе, нижний подуступ
отрабатывается при следующем цикле. Это ограничивает скорость
подготовки нового горизонта на всей площади карьера и его
производительность. Для подготовки к отработке нижнего
подуступа необходима проходка въездной траншеи большой
ширины (bmin = 20 - 25 м) для размещения в ней погрузочнотранспортного оборудования, что влечет за собой увеличение
объема работ по подготовке горизонта, дополнительно к этому
подземные воды мешают ее созданию, вследствие чего теряется
много времени на эту работу.
Применение ЭКГ в обводненных условиях затруднено. Это
связанно с тем, что они имеют большую массу, низкую скорость
передвижения, а так же электрический привод, что может повлечь за
собой их подтапливание при отказах на электростанциях и
малейших остановках. Экскаваторы и автосамосвалы вынуждены
работать на самом нижнем горизонте, который полностью не
осушен, поэтому оборудование работает в воде с пульпой. При
таких условиях работы производительность экскаватора снижается
на 50-60%, потребляется большое количество топлива, а так же
8
снижается
срок
его
эксплуатации.
Для
повышения
производительности ЭКГ и использования грузоподъемности
автосамосвалов используют примешивание сухой породы, но при
этом увеличивается разубоживание угля. Для предотвращения этих
недостатков требуется заменить традиционные мехлопаты
гидравлическими экскаваторами типа обратная лопата. Главным
достоинством данной замены является то, что оборудование
работает на поверхности пульпового слоя, покрытого сухими
породами. При этом требуется обоснование технологических схем
ведения работ, главным направлением которых при подготовке
новых горизонтов является регулирование воды в затопленной части
дна. Для данного процесса требуется создание водоприемной
траншеи, в которой на понтоне располагается насосная станция. При
этом добычные и вскрышные работы производятся выше
водоприемной траншеи в сезон паводков. В остальное время
ведение работ, направленных на подготовку новых горизонтов с
целью образования новой водоприемной траншеи на нижнем
смежном горизонте, а добычные и вскрышные работы производятся
на всех горизонтах.
Параметры системы разработки зависят от параметров
работы гидравлических экскаваторов типа обратная лопата, формы
погрузки и разгрузки, устойчивого угла откоса и безопасной работы
оборудования. При нижнем черпании высота уступа влияет на
возможность зачистки породного треугольника на кровле и угля на
почве. ЭГО могут грузить в автосамосвалы, стоящие на одном
уровне стояния или ниже (рис. 1).
Рис. 1. Схемы постановки автосамосвалов
9
Для определения безопасной высоты уступа Ну для
выбранного
экскаватора
необходимо
рассмотреть
кинематическую схему
движения ковша. В общем случае схема показана на рис. 2.
После выбора экскаватора уточняются его параметры: Rч max
– максимальный радиус черпания на уровне стояния экскаватора, м;
h1 – высота от основания экскаватора до опоры стрелы, м; С – рас
стояние от оси экскаватора до опоры стрелы. На разрезе уступа
отмечаем от оси экскаватора отрезок ОА, равный Rч max. Соединяем
точки А и К (К – точка опоры стрелы). Проводим дугу радиусом КА
до пересечения с откосом уступа проведенным в соответствии с
устойчивым углом пород при ведении работ . Точку пересечения
обозначим В. Из полученной точки проводим отрезок ВС до линии
ОА. Полученный отрезок – высота уступа для зачистки породного
треугольника на кровле пласта.
Рис. 2 Схема определения высоты уступа при нижнем черпании
Исходя
из
анализа
кинематических
особенностей
гидравлического экскаватора типа обратная лопата, необходимо
производить следующие работы, выполняемые на обводненных
карьерах и при подготовке нового горизонта: отработка пульпы,
создание водоприемной траншеи, проходка авангардной траншеи с
целью сбора воды и осушения нижней площадки нового уступа,
проходка с нижним черпанием разрезной траншеи небольшой
ширины по дну (2-3 м). Благодаря этому, не теряется время на
проходку съездной траншеи, следовательно уменьшается объем и
время подготовки горизонта и увеличивается скорость углубки.
2. Скорость углубки карьера на обводненных
месторождениях следует определять с учетом величины
10
водопритоков на нижние горизонты и технических
характеристик гидравлических экскаваторов.
Для сохранения заданной производительности угольного
карьера необходимо, чтобы сохранялась скорость подготовки новых
горизонтов и извлекаемый объем полезного ископаемого и
вскрышных пород.
Для продолжения углубки карьера приходится осушать
нижний горизонт и отрабатывать пульпу, скопившуюся на дне.
Осушение и отработка пульпы являются не просто отдельной
операцией, а одним из этапов добычи угля. Поэтому при разработке
технологии
подготовки
новых
горизонтов
исследование
гидрогеологических условий, условий рельефа, горномеханических
характеристик горных пород является важной задачей.
Нерациональная система осушения приводит к затоплению,
разрушению уступов, оползням бортов, ущербу окружающей среды.
При проходке разрезной траншеи нижним черпанием вода
сосредотачивается в дренажной канаве. При этом можно считать,
что радиус депрессионной кривой пересекает борт траншеи по ее
дну, в этом случае уравнение кривой имеет вид (рис.3):
Рис.3. Криволинейное понижение грунтовых вод при проходке
разрезной траншеи, где Y, X – координаты депрессионной кривой, м;
Н – величина напора, м; R – радиус депрессионной кривой, м.
Y H
X ,
R
(1)
Момент расширения траншеи экскаваторами определяется
временем осушения рабочей зоны требуемой ширины за счет
развития радиуса депрессионной воронки:
S  B  H ТР  hctg ,
где
S – ширина рабочей зоны, м; В – ширина рабочей площадки, м;
11
(2)
НТР – глубина разрезной траншеи, м; h – высота подуступа, м;
наклона борта траншеи, град.

- угол
Таким образом, уравнение (1) может быть записано в следующем
виде:
B  H ТР  h ctg
(3)
R
Значение радиуса депрессионной кривой может быть определено по
формуле Вебера:
H ТР  h  H
4 KHt
R
,

где К – коэффициент фильтрации, м/сут;  - коэффициент водоотдачи,
t – время, сут.
(4)
Время осушения рабочей зоны требуемой ширины в зависимости от
фильтрационных свойств горных пород найдем с помощью
преобразований уравнений (3) и (4):
t
H 3 B  H TP  h ctg 2
4 K H TP  h 
4
(5)
Время отработки участка разрезной траншеи длиной L определяется
по формуле:
t ПР 
H TP bTP  b L
,
2Q
(6)
где bTP, b – ширина разрезной траншеи по верху и дну, м;
Q – производительность гидравлического экскаватора, м3/сут.
Решая совместно уравнения (5) и (6) относительно L, определим
необходимую величину опережения забоя экскаватора:
L
H 3QB  H TP  hctg 2
2 KH TP bTP  h 
4
12
(7)
Рациональная величина этого опережения при проходке
траншеи, позволяет создать благоприятные условия для работы
остального
карьерного
оборудования
при
отработке
вышерасположенных горизонтов. В случае большой ширины пласта
и небольшого коэффициента фильтрации применяют систему
парных траншей. При такой системе скорость осушения рабочей
площадки намного больше по сравнению с отдельной траншеей.
Таким
образом,
достаточно
широкий
диапазон
технологических возможностей обратных гидравлических лопат
(образование различных форм выработок и работой нижним
черпанием) позволяет остальному оборудованию работать в
благоприятных условиях, сохраняя свою производительность.
3. При подготовке нового горизонта и монтажа
постоянной насосной станции необходимо формирование
двухступенчатой водоприемной траншеи подуступами.
При работе на карьерах в сложных гидрогеологических
условиях возможно ведение горных работ на дне по трем
технологическим схемам:
1. Система разработки, имеющая дно карьера с множеством
подуступов.
Принципом этой системы является разделение дна карьера
на многие подуступы по простиранию залежи (рис. 4), с
образованием траншеи в самом глубоком месте для сбора воды и
пульпы. Вскрышные и добычные работы производятся на верхних
горизонтах в сезон паводков, а в сухой сезон осуществляется
отработка пульпы и углубка карьера в самом нижем месте.
Рис.4. Технологическая схема отработки со ступенчатым дном
LБ – длина блока экскаватора
2. Система разработки с применением наклонного дна.
13
Рис.5. Технологическая схема отработки с наклонным дном
Суть способа заключается в создании карьерного дна в виде
наклонной поверхности с уклоном 6-8 % для сбора в нижней части
воды и пульпы.
3. Система разработки с двухуступным карьерным дном.
Способ заключается в том, что дно карьера разделено на два
подуступа по длине простирания. В сезон паводков углубка
происходит на верхних горизонтах, а на нижнем горизонте
скапливается вода и пульпа, которые отрабатываются после
окончания сезона паводков. Такая схема имеет два технологических
варианта.
3.1. Система разработки с двухуступным карьерным дном и
одноступенчатой водоприемной траншеей.
По длине карьер разделен на участки: I и II (рис. 5). На
участке I, где расположена водоприемная траншея, количество
уступов больше чем на участке II. Траншея, имеет площадь Lк × Bк
(Lк – длина траншеи, Bк – ширина траншеи). При разработке
следующего
горизонта
необходимо
подготовить
новую
водоприемную траншею.
14
Рис. 5. Схема продольной водоприемной траншеи
и порядок ее формирования
При ее создании требуется учесть схему вскрытия и
расположение въездной траншеи (на рабочем или на нерабочем
бортах). При прохождении въездной траншеи по нерабочему борту
для создания водоприемной траншеи размерами Lк' × Bк' на
горизонте -15 м необходимо расширить траншею на горизонте ±0 в
направлении 1 (до необходимого расстояния для создания въездной
траншеи A'B') и по направлению 2 для подвигания фронта работ.
При этом вскрышные и добычные работы могут проходить на
горизонтах ± 0 и выше.
3.2. Система разработки с двухуступным карьерным дном и
двухступенчатой водоприемной траншеей.
Особенность такого варианта заключается в том, что
водоприемная траншея разделяется на две ступени (рис. 6). На
верхней ступени (подуступе) содержатся отложения пульпы для
просушки, а на нижней - ил и вода. При такой работе после
окончания сезона паводков работа сосредоточена не для углубки
15
водоприемной траншеи, где собрался ил, а на верхнем подуступе с
целью увеличения сушки пульпы для обеспечения повышения
производительности выемочного оборудования и сокращения
времени подготовки нового горизонта. Процесс формирования
нового дна производится по следующей схеме.
Сначала разносится верхний подуступ с отметкой -5 м, на
котором размещалась водоприемная траншея (I), затем
осуществляется углубка еще на один подуступ (II) для
формирования уступа на отметке -10 м. Производится отработка
пульпы и разноска нижнего подуступа горизонта -10 м (III).
Осуществляется проходка верхнего подуступа (IV) горизонта -20 м
для создания следующей водоприемной траншеи на горизонте -15 м.
Рис. 6. Порядок углубки двухуступной водоприемной траншеи
Сущностью этой схемы является подготовка горизонта
подуступами с образованием двухступенчатой водоприемной
траншеи. После окончания проходки съездной траншеи на подуступ
I отработка происходит тем же экскаватором до конца блока (рис. 7
а), после чего к работе приступает второй экскаватор для проходки
разрезной траншеи подуступа I в обратном направлении. После
создания пространства появляется возможность для ввода в работу
нескольких экскаваторов для расширения горизонта и создания
условий для подготовки следующего горизонта. Работы происходят
последовательно: съездная траншея, разрезная траншея, образование
водоприемной траншеи на горизонте II (рис. 7 б). Таким образом
образовалась водоприемная траншея с двумя ступенями. В сезон
паводков работы направлены на расширение этого горизонта и на
подготовку следующего (рис. 7 в).
Для определения времени подготовки водоприемной
траншеи и ее объема необходимо применять график L=f(T).
16
Рис. 7. Порядок подготовки двухуступной водоприемной траншеи
Составленные графики ведения горных работ в пространстве
и времени для различных технологий подготовки новых горизонтов
послужили основанием для определения скорости углубки
карьерного поля.
При анализе различных технологических схем можно
сделать следующие выводы:
- при одинаковой площади дна карьера водовместимость
двухступенчатого дна больше, чем у наклонного;
- при двухступенчатом дне глубина и длина затопления
участка меньше, чем у наклонного дна при одной и той же
водовместимости;
- при двухступенчатом дне ил распределяется равномерно
небольшой толщиной. При откачке воды, слой ила на верхнем
подуступе обезвоживается быстрее, и отработка пульпы
облегчается. А на наклонном дне ил располагается неравномерно,
большой толщи-ной и поэтому возможность обезвоживания
затрудняется.
Работой доказано, что необходимое время Т для создания
водоприемной траншеи необходимых размеров состоит из времени
отработки пульпы, времени расширения имеющейся траншеи,
времени копания новой траншеи.

H y  b0
H y 
 


12 H y 
i  2 3ctg 0   ,
T  tn 
 B0  Lб  Lк Bк  H y ctg  

Q 
kc




месяц (8)
где tп – время отработки пульпы в существующей траншее, месяц;
17
Ну – высота уступа, м Lб – длина экскаваторного блока, м; Lб  Lк , м
N
Lк – длина водоприемной траншеи, м;
N – количество экскаваторов, участвующих в работе расширения
водоприемной траншеи при длине Lк, штук;
Вк – ширина водоприемной траншеи, м; α – угол откоса уступа, град;
α0 – угол откоса разрезной траншеи, град; b0 – ширина съезда по дну, м
i – уклон траншеи, ‰ Q – годовая производительность экскаватора,
м3/год; kc – коэффициент снижения производительности при проходке
траншеи
B0  Bmin  H y ctg  ctg  , м
(9)
Bmin – минимальная ширина рабочей площадки, м
γ – угол падения пласта, град.
Для оптимального режима работы карьера необходимо выполнение
следующего условия: T  Tг  Т п ,
где Тг – рабочие дни года, Тп – дни паводков.
Регулирование можно производить изменением некоторых
параметров водоприемной траншеи. При применении мехлопат в
сочетании с автосамосвалами длину траншеи следует принимать
равную экскаваторному блоку для нормальных условий
использования транспортных средств
H
(10)
Lk  y  2 R , м
iд
где iд – уклон автомобильных дорог, ‰
R – минимальный радиус разворота автосамосвала, м.
Работа по подготовке нового горизонта включает в себя
проходку съездной траншеи, зумпфа, разрезной траншеи и
расширения всего уступа.
Применение схемы разработки с двухступенчатой
водоприемной траншеей с одним или двумя рабочими бортами
сохраняет нормальные условия производства в период паводков.
Объем полезного ископаемого незначительно уменьшается в случае
большой длины угольного пласта по простиранию Lкп. При этом его
часть, находящаяся на горизонте с водоприемной траншеей,
обеспечивает запас работ отработки в сезон паводков:
18
Lkn 
Bmin  H y ctg  Lk
K0
 2 H y ctg б , м
(11)
где K 0  (12  Tn ) , γб – угол наклона борта карьера, град.
12
Рис. 8. Порядок подготовки нового горизонта двухступенчатой
водоприемной траншеей при совместном применении ЭКГ – 5 и Hitachi
ZX870
1, 2, …, 6’ - последовательность работ
При отработке Бикинского угольного месторождения карьером
«Лучегорский» возможны технологические схемы создания
двухступенчатой водоприемной траншеи при работе по висячему
боку угольной залежи или непосредственно по самой залежи при
использовании гидравлического экскаватора типа обратная лопата
(рис. 8).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация
является
законченной
научной
квалификационной работой, в которой представлено решение
актуальной задачи по совершенствованию технологии углубки
обводненных
угольных
карьеров
за
счет
применения
гидравлических экскаваторов типа обратная лопата при подготовке
новых горизонтов.
19
Основные научные результаты и выводы заключаются в
следующем:
1. Произведено исследование и анализ гидрогеологических
условий угольных месторождений России, анализ общих сведений о
технологии углубочных работ на карьерах, которые показали
значимость данной работы.
2. Проведенные исследования влияния гидрогеологических
факторов доказали эффективность применения гидравлических
экскаваторов типа обратная лопата, производительность которых
больше на 40-50 % по сравнению с традиционным выемочным
оборудованием - мехлопатами.
3. С применением гидравлических экскаваторов типа обратная
лопата уменьшается объем разрезной траншеи и ее ширина по
основанию может быть сокращена до минимума (до 2-3 метров),
вследствие чего уменьшается время подготовки горизонта.
4. Предложена зависимость емкости водоприемной траншеи от
величины водопритоков и параметров гидравлических экскаваторов.
5. Обоснованы технологии подготовки нового горизонта при
обильном водопритоке с помощью гидравлических экскаваторов
типа обратная лопата.
6. Применение гидравлического экскаватора типа обратная
лопата марки Hitachi ZX870H в сочетании с ЭКГ-5 для подготовки
нового горизонта на карьере «Лучегорский» позволяет не только
создать водоприемную траншею требуемой вместимости до начала
сезона паводков, но и позволяет другому оборудованию,
работающему на обустройстве траншеи, сохранить высокую
производительность.
7. Представлена экономическая эффективность применения
данной технологии подготовки новых горизонтов с помощью
гидравлических экскаваторов типа обратная лопата на углубке
карьера «Лучегорский» Бикинского угольного месторождения.
Чистый дисконтированный доход составил 2,06 млн. рублей в год.
Основные положения диссертации опубликованы в
следующих работах:
1. Авраамов В.С. Рациональная технология раздельной выемки
пластов сложного строения на открытых горных работах/
20
Н.В. Косенко, Г.А. Холодняков // Труды IX международной
конференции «Экология и развитие общества». СПб, 2005. C. 61-65.
2. Авраамов В.С. Технология отработки пластов полезных
ископаемых сложного строения гидравлическими экскаваторами
типа обратная лопата. / Н.В. Косенко, Д.В. Тетерин //
Сб. «Проблемы машиноведения и машиностроения»: СЗТУ, СПб,
2005. С. 103-106.
3. Авраамов В.С. Безвзрывная технология углубки карьера с
обильным водопритоком/ Г.А. Холодняков, Д.Г. Холодняков //
Материалы IX международной конференции «Экология и развитие
общества». СПб, 2005. С. 89-92.
4. Авраамов В.С. Применение гидравлического экскаватора типа
обратная лопата при углубочных работах на обводненных карьерах.
Сб. Освоение минеральных ресурсов Севера. г. Воркута, 2007. С. 7477.
5. Авраамов В.С. Подготовка новых горизонтов на
обводненных
карьерах
с
помощью
гидравлических
экскаваторов типа обратная лопата. / Г.А. Холодняков // Сб.
Освоение минеральных ресурсов Севера. г. Воркута, 2008. С.
113-118.
6. Авраамов В.С. Создание новых горизонтов на карьерах с
обильным водопритоком при помощи гидравлического экскаватора
типа обратная лопата / Г.А. Холодняков // Труды XII
Международного научного симпозиума имени академика М.А.
Усова «Проблемы геологии и освоения недр», г. Томск, 2008. С. 616618.
7. Авраамов В.С. Организация горных работ при подготовке новых
горизонтов на обводненных карьерах / И.И. Дуданов, Д.Н.
Лигоцкий, Г.А. Холодняков // Записки Горного института, Том 181,
г. СПб, 2009. С. 61-64.
21