Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование проектных решений по производству вскрышных работ высокими уступами на разрезах Кузбасса

ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование проектных решений по производству вскрышных работ высокими уступами на разрезах Кузбасса"

я

На правах рукописи

ФЕДОТЕНКО Виктор Сергеевич

ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ ВЫСОКИМИ УСТУПАМИ НА РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА

Специальность 25.00.21. - «Теоретические основы проектирования

горнотехнических систем»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 1 ЯНЗ 2Ш

Москва 2012 ^

005048100

Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет» на кафедре «Технология, механизация и организация открытых горных работ»

Научный руководитель Макшеев Вадим Павлович,

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Папичев Валерий Иванович - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник отдела горной экологии ФГБУН Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук;

Буянов Михаил Иванович - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе», доцент кафедры «Геотехнология и комплексное освоение полезных ископаемых»

Ведущая организация: Открытое акционерное общество

«Кузбаесгипрошахт» (г. Кемерово)

Защита диссертации состоится «29» января 2013 г. в час. на заседании диссертационного совета Д 212.128.03 при Московском государственном горном университете (МГГУ) по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета (МГТУ).

Автореферат разослан «29» декабря 2012« г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

В. В. Агафонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Согласно долгосрочной программе развития угольной промышленности России на период до 2030 года планируется увеличение годовой добычи угля в Кузбассе на 100 млн. т в год, рост производительности труда, полное обновление производственных мощностей при повышении уровня промышленной и экологической безопасности.

В предстоящий период будет производиться формирование новой технологической базы интенсивного развития угольной отрасли, основанной на использовании новейших достижений в области науки и техники. Это направление развития обуславливает необходимость обоснования новых подходов к проектированию горнотехнических систем, ориентированных на эффективную и более полную отработку угольных месторождений.

В настоящее время с увеличением глубины разрезов ухудшаются горно-геологические и горнотехнические условия, осложняется работа предприятий. Поступающее на разрезы современное высокопроизводительное горное и транспортное оборудование не может полностью компенсировать ухудшение условий эксплуатации. Необходимо изменять параметры технологии, одним из которых является высота рабочего вскрышного уступа.

Поэтому обоснование параметров технологии вскрышных работ высокими уступами на разрезах Кузбасса, позволяющей увеличить конечную глубину и отрабатываемые запасы разрезов, регулировать режим горных работ и улучшить технико-экономические показатели работы разрезов, является актуальной научной задачей.

Объектами исследования являются проектируемые и эксплуатируемые разрезы Кузнецкого угольного бассейна; технологические параметры горнотехнических систем.

Цель исследований заключается в обосновании проектных решений по производству вскрышных работ высокими уступами при транспортной технологии на разрезах Кузбасса, позволяющих увеличить конечную глубину и отрабатываемые запасы угля, регулировать режим горных работ и улучшить технико-экономические показатели работы разрезов.

Основная идея работы заключается в том, что установление рационального периода перехода на ведение горных работ высокими уступами во вскрышной зоне позволяет улучшить режим горных работ и обеспечить приращение конечной глубины разреза.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Выбор периода перехода к производству вскрышных работ высокими уступами при проектировании разрезов позволяет управлять приращением конечной глубины открытых горных работ, при этом наибольшее приращение достигается при переходе, осуществляемом в период максимального развития горных работ при равенстве текущего и граничного коэффициентов вскрыши.

2. Эксплуатационные затраты на разработку 1 м3 вскрышных пород находятся в параболической зависимости от высоты разрабатываемых слоев, что позволяет при проектировании разрезов установить высоту вскрышного уступа, при соблюдении равенства скоростей подвигания забоя в верхнем и нижнем слое.

3. Величина приращения конечной глубины разреза на наклонных и крутопадающих месторождениях при применении высоких уступов прямо пропорциональна нормальной мощности угольного пласта, не зависит от угла падения пласта при его изменении от 15 до 40° и снижается при увеличении угла его падения в диапазоне от 45 до 90°.

Новизна исследования заключается в том, что:

• установлена зависимость между периодом перехода к производству вскрышных работ высокими уступами на разрезах и приращением конечной глубины горных работ;

• обоснован выбор высоты вскрышного уступа на основе установленной зависимости изменения эксплуатационных затрат на 1 м3 вскрыши от высоты разрабатываемого слоя.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждаются: корректным и обоснованным применением закономерностей и методов исследований; значительным объемом фактических данных, полученных на горнодобывающих предприятиях, разрабатывающих угольные месторождения Кузбасса, а также экспериментальных данных, полученных в ходе натурных наблюдений за работой выемочно-погрузочного и транспортного оборудования; сходимостью результатов с данными других авторов, опубликованными в научной и справочной литературе.

Научное значение работы заключается:

• в разработке нового подхода к применению высоких вскрышных уступов при транспортной технологии как технического решения, способствующего приращению конечной глубины разреза, что является вкладом в теорию проектирования горнотехнических систем;

• в разработке методики определения приращения конечных границ разреза при переходе к производству вскрышных работ высокими уступами.

Практическая ценность работы состоит:

• в разработке технологических схем производства вскрышных работ высокими уступами;

• в разработке организационно-технических решений, способствующих управлению параметрами горнотехнической системы, которые обеспечили получение экономического эффекта за счет снижения затрат на буро-взырвную подготовку пород к выемке в размере 36 611 тыс. руб.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований приняты к использованию ООО «Сибгеопроект», эффективность разработанных организационно-технических решений подтверждена актом внедрения на разрезах «УК «Кузбассразрезуголь». Результаты работы исполь-

зуются в учебном процессе при чтении курса «Технология разработки слож-ноструктурных месторождений» по специальности 130403 «Открытые горные работы».

Апробация результатов исследований. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научном семинаре и заседании кафедры «Технологии, механизации и организации открытых горных работ» ФБГОУ ВПО «Московский государственный горный университет» (2012), на международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2011, 2012), на семинаре кафедры «Открытой разработки месторождений полезных ископаемых» ГОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет» (2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 16 таблиц, 44 рисунка и список литературы из 110 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе проводится анализ литературных источников и обобщается опыт ведения горных работ высокими уступами. Большой вклад в развитие горной науки, а именно в области исследования параметров систем разработки, совершенствования методов их определения внесли отечественные ученые Е. Ф. Шешко, Н. В. Мельников, В. В. Ржевский, К. Н. Трубецкой, П. И. Томаков, Д.Р. Каплунов А. И. Арсентьев, Г. А. Холодняков, В. С. Хохряков, Б. П. Юматов, В. С. Коваленко, В. В. Хронин, Ю. И. Анистратов, В. П. Макшеев А. С. Ненашев, В. А. Ермолаев,

A. И. Корякин, Н. Я. Репин, А. С. Ташкинов, В. Г. Проноза, М. Г. Новожилов,

B. В. Истомин, Г. Л. Фисенко, В. Л. Яковлев, М. Г. Саканцев, Ю. П. Самородов, Н. П. Сеинов, В. И. Папичев, М. И. Буянов, Д. В. Пастихин, В. В. Таланин, Э. П. Артемьев, А. В. Баулин, Е. Д. Иванов, П. И. Опанасенко и др.

Увеличение угла откоса рабочего борта посредством роста высоты разрабатываемого уступа, помимо получения постоянных эффектов позволяет управлять текущими объемами вскрышных работ. Это обуславливает то, что при выборе стратегии развития карьера необходимо комплексно рассматривать переход к разработке вскрышной зоны высокими уступами как один из этапов эксплуатации месторождения, анализировать изменение текущих объемов вскрышных работ на протяжении всего срока службы карьера в зависимости от различных параметров осуществления такого перехода.

Под высокими уступами понимаются уступы, имеющие единую плоскость откоса, отработка которых ведется слоями, при этом линейные параметры выемочно-погрузочного оборудования не позволяют отработать уступ одним слоем.

Дня принятия проектных решений необходимо технико-экономическое обоснование параметров горнотехнической системы на различных этапах эксплуатации месторождения.

В условиях ограниченности выпуска специального горнотранспортного оборудования, позволяющего производить отработку высокого уступа при транспортной технологии, сохраняется потребность в обосновании технологических схем предприятия в целом, а именно нарезки нового горизонта, разработки высокого вскрышного уступа, предусматривающих использование имеющейся современной выемочно-погрузочной и транспортной техники, отвечающих требованиям экономической эффективности использования всего комплекса оборудования.

При ведении вскрышных работ высокими уступами усложняется буровзрывная подготовка горных пород к выемке, что в ряде случаев препятствует увеличению высоты вскрышного уступа. Поэтому актуальными являются разработка и внедрение организационно-технических решений, направленных на обеспечение требуемого качества взрывного дробления.

Выбор стратегии развития на этапе проектирования нового или реконструкции действующего карьера является важной и весьма сложной задачей, оказывающей существенное влияние на принятие всех последующих горнотехнологических решений. Процесс разработки плана развития горных работ находится в сложной зависимости от широкого ряда горно-геологических и производственных факторов, таких как условия залегания и качество извлекаемого полезного ископаемого, рыночная конъюнктура, требуемая производственная мощность, которые в свою очередь определяют последующий выбор параметров технологии.

При проектировании на уровне систем и объектов карьера зачастую необходимым является принятие решения об изменении на некотором этапе развития горнотехнической системы одного или нескольких параметров либо об осуществлении перестройки для регулирования режима работы карьера. Одним из параметров карьера, посредством которого осуществляют управление эксплуатационными показателями, является высота уступа.

В диссертации задача решалась в рамках углубочной продольной одно-и двубортовой системы разработки с соблюдением принципа определения границ карьера, установленного академиком В. В. Ржевским, принципа, в котором заложено равенство граничного и текущего коэффициентов вскрыши (к,р >кт). Учитывались также требования «Долгосрочной программы развития угольной промышленности России на период до 2030 г.» о рациональном недропользовании и рекомендации проф. Б. П. Юматова о том, что «...необходимо рассматривать фактический график календарного распределения объемов горных работ, улучшать его и выделять в пользу открытых разработок максимальные запасы полезного ископаемого на данном месторождении», актуальные в настоящее время в том числе и для Кузбасса.

Известен переход к работе высокими уступами, предполагающий его осуществление в течение реконструкции, завершаемой до момента достиже-

ния равенства текущего и граничного коэффициентов вскрыши. Подобный переход обеспечивает перераспределение объемов вскрышных работ во времени, перенося их часть на более поздний период, снижение текущих объемов вскрыши и, как следствие, эксплуатационных затрат. При этом совокупный объем добытого угля, а также срок эксплуатации месторождения остаются неизменными как при работе по традиционной технологии, так и при переходе к ведению горных работ высокими уступами. Особого внимания заслуживает то, что в известном варианте организации ведения горных работ момент достижения максимального значения текущего коэффициента вскрыши сдвигается во времени на более поздний срок, при этом его значение остается меньше граничного на протяжении всего срока эксплуатации (рис. 1).

Подобное перераспределение объемов вскрышных работ существенно умаляет значение такого показателя, как граничный коэффициент вскрыши, который перестает быть важным ориентиром, использующимся при проектировании и планировании горных работ. В частности, с момента начала реконструкции граничный коэффициент вскрыши более не выступает в качестве средства для определения конечной глубины горных работ, т. к. в ее ходе конечная глубина, заложенная в проекте, будет достигнута при меньшем текущем коэффициенте вскрыши. Вышеизложенная особенность позволила предположить, что переход на работу высокими уступами может быть рассмотрен как техническое решение увеличения конечной глубины горных работ.

Т.™, о 5 10 15 20 25 30 35 40 45 т л.,

Рисунок 1 - Изменение текущего коэф- Рисунок 2 - Изменение текущего коэффициента вскрыши при переходе к веде- фициента вскрыши при переходе к ведению горных работ высокими уступами нию горных работ высокими уступами во вскрышной зоне разреза в момент во вскрышной зоне разреза в момент до достижения равенства текущего и достижения равенства текущего и гра-граничного коэффициентов вскрыши ничпого коэффициентов вскрыши и без перехода и без перехода

На основе анализа горно-геологических условий ряда угольных месторождений рассмотрены варианты перехода к работе высокими уступами во вскрышной зоне разреза, осуществляемые в различные моменты времени при условии развития рабочего борта до тех пор, пока текущий коэффициент вскрыши не станет равен граничному с последующим погашением горных работ.

Установлено, что смещение момента начала перехода на более поздний период эксплуатации позволяет управлять приращением глубины горных работ. Так, для обеспечения наибольшего прироста конечной глубины карьера переход к отработке вскрыши высокими уступами должен осуществляться в момент максимального развития горных работ (рис. 2). Под максимальным развитием горных работ понимается момент равенства текущего и граничного коэффициентов вскрыши.

Продолжительность перехода к ведению вскрышных работ высокими уступами определяется исходя из групп горно-геологических (мощность залежи, угол падения пласта, прочностные характеристики пород) и производственных факторов (граничного коэффициента вскрыши, производственной мощности, положения борта на момент достижения максимального развития горных работ).

Выбор периода перехода к работе высокими уступами также обуславливает возможность управления приращением конечной глубины горных работ, и объемами вскрыши, переносимыми на более поздний период отработки.

Рисунок 3 - Приращение конечной глубины горных работ в зависимости от момента перехода на работу высокими уступами

16 18 20 22 24 Т, лет

Рисунок 4 - Изменение объема вскрыши, переносимой на более поздний период, в зависимости от момента начала отработки вскрышных пород высокими уступами Рис. 3 и 4 иллюстрируют взаимообратную тенденцию изменения объемов вскрыши, переносимой на более поздний период, и приращения конечной глубины горных работ от момента начала перехода к отработке вскрышных пород высокими уступами, что доказывает первое научное положение:

Выбор периода перехода к производству вскрышных работ высокими уступами при проектировании разрезов позволяет управлять приращением конечной глубины открытых горных работ, при этом наибольшее приращение достигается при переходе, осуществляемом в период максимального развития горных работ при равенстве текущего и граничного коэффициентов вскрыши.

В настоящее время на разрезах Кузбасса создается ситуация, при которой, с одной стороны, идет замена парка горного оборудования новыми импортными буровыми станками с глубиной бурения более 45-50 м и мощными экскаваторами вместимостью ковша 30 и 54 м3, приобретаются гидравлические прямые и обратные лопаты, имеется достаточный опыт работы драг-

лайнов по погрузке породы в автосамосвалы, а с другой - наблюдается консервативная неизменность и даже (в ряде случаев) уменьшение высоты отрабатываемого вскрышного уступа. Последнее негативно сказывается на производительности буровой и экскавационной техники и, следовательно, на эффективности работы горнотранспортного комплекса в целом.

Поэтому в диссертации решалась задача экономического обоснования высоты вскрышного уступа для различных типов экскаваторов по эксплуатационным затратам по трем смежным взаимосвязанным между собой процессам - бурение скважин, выемочно-погрузочные работы и транспортирование (подъем породы) на верхнюю площадку уступа.

Результаты расчетов по оптимизации высоты вскрышного уступа представлены на рис. 5.

Зг, руб/т 2

О 5 10 15 20 25 30 35 А , м

Рисунок 5 - Изменение суммарных (по процессам: бурение, выемочно-погрузочные работы и транспортирование породы на верхнюю площадку уступа) эксплуатационных затрат на 1 м3 вскрыши в зависимости от высоты разрабатываемого слоя при использовании различных комплексов горного и транспортного оборудования В качестве критерия при определении рациональной высоты отрабатываемого уступа приняты суммарные эксплуатационные затраты (Зъ) на 1 м3 вскрыши (по указанным выше процессам).

Из рис. 5 видно, что оптимальная высота уступа для комплексов с экскаваторами типа прямая механическая лопата соответствует высоте черпания экскаватора, что отвечает требованиям «Правил безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом». Для драглайнов ЭШ-10.70 и ЭШ-14.50 высота вскрышного уступа, полученная по минимальным эксплуа-

тационным затратам комплекса оборудования, находится в пределах 16-20 м. Это несмотря на то, что максимальная глубина черпания у этих вы-емочно-погрузочных машин составляет соответственно 35 и 21 м. С увеличением высоты уступа у драглайнов возрастает время цикла экскавации за счет операции подъема породы в ковше на верхнюю площадку уступа. Этим объясняется снижение их производительности и увеличение эксплуатационных затрат в целом.

Для всех типов экскаваторов и буровых станков с уменьшением высоты отрабатываемого вскрышного уступа наблюдается рост эксплуатационных затрат, что связано с сокращением времени использования их на основной работе и, следовательно, снижением производительности. Кроме того, при взрывании вскрышных уступов малой высоты также уменьшается выход горной массы с 1 пог. м скважины.

Применение для разработки уступа высотой 30 м только драглайна ЭШ-10.70 не подтверждается экономически (см. рис. 5), а также нецелесообразно из-за низкой интенсивности ведения вскрышных работ в целом (скорость подвигания забоя экскаватора вдоль фронта составляет не более 2,5 м в смену). Поэтому на данном этапе развития технических средств в области открытых горных работ для разрезов Кузбасса могут быть предложены технологические схемы, предусматривающие разработку высокого вскрышного уступа слоями (в основном в два слоя).

Применительно к углубочной системе разработки типовые варианты технологических схем ведения вскрышных работ на уступе (в общем виде) и комбинации комплексов оборудования представлены на рис. 6.

Как видно из рис. 6, взрывание высокого вскрышного уступа производится сразу на полную высоту, а выемка породы из развала осуществляется в два слоя. Основное различие представленных схем заключается в следующем.

Схемы 1, 2 и 3-а применяются в условиях движения вскрышного грузопотока из забоя на поверхность разреза в восходящем порядке. Так, в схемах 1, 2 драглайн при разработке верхнего слоя выполняет транспортную работу путем подъема породы в ковше на верхнюю площадку уступа, в то время как в схеме 3-а экскаватор, отрабатывающий верхний слой - мехлопата — сбрасывает породу на нижнюю площадку, где происходит погрузка всего объема взорванной породы уступа мощной прямой лопатой в кузов породо-воза с последующей доставкой ее уже автотранспортом на верхнюю площадку. Схема З-б применима, когда общее направление движения вскрышного грузопотока идет в нисходящем порядке, и нет необходимости доставлять породу на верхнюю площадку уступа, т. к. она сразу вывозится автосамосвалами на отвал (например, на разрезах Южного Кузбасса с гористым рельефом поверхности).

Для каждой из представленных схем разработки высоких вскрышных уступов (см. рис. 6) было рассмотрено несколько десятков вариантов комплексов горнотранспортного оборудования, включающих однотипные и раз-

нотипные экскаваторы, а именно драглайны (ЭШ), прямые механические (ЭКГ, РН) и обратные гидравлические (Cat.) лопаты, варьировалась высота слоя, влияющая на затраты и на скорость подвигания забоя.

В результате произведенных расчетов выбраны только те варианты комплексов горного и транспортного оборудования и параметры схем, которые отвечают равенству скоростей подвигания забоя в верхнем и нижнем слое высокого уступа.

Схема 1

Схема 2

h-DML-1200

31в-ЭШ-10.70 (ЭШ-14.50) Ь„-ЭКГ-10

БелАЗ-75132 БелАЗ-7512

h-DML-1200

hB -ЭШ-10.70 (ЭШ-14.50) h„-Cat.5130 (Cat.385) БелАЗ-7512 \ БелАЗ-7547

Схема 3

a) h-DML-1200 .

б) h-DML-1200

hB - ЭКГ-12 (ЭКГ-15) hH - РН-2800 (ЭКГ-15) ^ h,-ЭКГ-12 (ЭКГ-15) h„-РН-2800 (ЭКГ-15)

БелАЗ-75306 БелАЗ-75303

Рисунок 6 - Варианты схем разработки высокого вскрышного уступа в два слоя с использованием различных комплексов горнотранспортного оборудования

Посредством оценки эффективности рассматриваемых вариантов разработки высокого вскрышного уступа, произведенной по экономическому критерию, т. е. исходя из эксплуатационных затрат на бурение скважин, вы-емочно-погрузочные работы и транспортировку породы на верхнюю площадку данного уступа, было определено, что целесообразным является отработка высокого вскрышного уступа в два слоя с использованием комплекта экскаваторов, состоящего из экскаватора нижнего черпания типа драглайн, устанавливаемого на верхней площадке уступа и осуществляющего отработку верхнего слоя с погрузкой на уровне своей установки, и прямой механической лопаты, ведущей отработку нижнего слоя с погрузкой горной массы на нижний транспортный горизонт (схема 1, рис. 6). При высокой интенсивности ведения вскрышных работ на разрезе возможно применение (с некоторым увеличением затрат) комплекса оборудования, включающего комплект

высокопроизводительных экскаваторов типа прямая механическая лопата (схема 3). Однако с большей эффективностью этот комплект прямых мехло-пат может быть применен на разрезах, разрабатывающих месторождения с гористым рельефом поверхности, когда вскрышные горизонты располагаются выше отвальных ярусов породы (схема 36), из чего следует второе научное положение:

Эксплуатационные затраты на разработку 1 м3 вскрышных пород находятся в параболической зависимости от высоты разрабатываемых слоев, что позволяет при проектировании разрезов установить высоту вскрышного уступа, при соблюдении равенства скоростей подвигания забоя в верхнем и нижнем слое.

В проектировании известен ряд способов определения конечной глубины карьера, базирующихся на соотнесении различных эксплуатационных и экономических показателей. В настоящий момент при интенсивном развитии информационно-вычислительных технологий широкое распространение получил метод вариантов, подразумевающий использование специализированных алгоритмов на ЭВМ для моделирования конечных контуров карьера и принятие решений на основе оптимального соотношения потоков денежных средств. При этом подобные методологические и аппаратные решения не исключают необходимости расчета граничного коэффициента вскрыши и последующего оперирования им при обосновании рациональности определенных границ карьера.

Согласно первому научному положению, переход к ведению горных работ высокими уступами может обеспечивать приращение конечной глубины разреза, поэтому была разработана методика определения приращения границ разреза при условии ведения вскрышных работ высокими уступами.

Согласно принципу определения конечной глубины открытых горных работ, опирающемуся на равенство граничного и текущего коэффициента вскрыши, бортам карьера придают углы откоса, равные углам откоса рабочих бортов, и расширяют карьер до тех пор, пока текущий коэффициент вскрыши не достигнет величины граничного коэффициента вскрыши. Описанный момент равенства граничного и текущего коэффициентов вскрыши справедливо называть моментом максимального развития горных работ, т. к. именно в этот момент в разработку вовлечено наибольшее количество уступов и объем отрабатываемой вскрыши достигает максимума. Дальнейшее развитие горных работ при сохранении угла откоса рабочего борта на прежнем уровне экономически нецелесообразно.

Согласно предлагаемому методу определения приращения конечной глубины переход к разработке вскрыши высокими уступами осуществляют в момент максимального развития горных работ. При этом увеличение угла откоса рабочего борта осуществляют поэтапно. Каждый этап перехода характеризуется вовлечением в разработку дополнительного горизонта до начала погашения горных работ. Решение о вовлечении дополнительного горизонта принимается при выполнении двух условий: 1. ктек <крр. 2. Дальнейшее уве-

личение угла откоса рабочего борта карьера безопасно для продолжения ведения горных работ, т.е. соблюдается требуемый запас устойчивости. Каждое из приведенных условий в отдельности является необходимым, но недостаточным для принятия решения о продолжении перехода. После осуществления перехода при невозможности соблюдения хотя бы одного из условий приступают к погашению горных работ.

Для расчета приращения максимальной глубины карьера, приращения границы карьера поверху, количества горизонтов, вовлекаемых дополнительно в разработку до начала погашения горных работ, использовалась схема, изображенная на рис. 7.

в чМ

Рисунок 7 - Схема к определению приращения конечной глубины разреза: а, р -углы откоса рабочего борта до и после перехода к ведению горных работ высокими уступами соответственно; у-угол падения пласта; а„„.—угол погашения горных работ; М-момент максимального развития горных работ; Н - глубина карьера на момент начала осуществления перехода; /г - суммарная мощность горизонтов, дополнительно вовлекаемых в разработку; В - приращение границы карьера поверху;

Нтахь Н„шх2- максимальная глубина горных работ без перехода и с переходом соответственно Для продольной однобортовой системы разработки:

• приращение максимальной глубины карьера

{р1£ат? + с'ёг)

н + XА Г (сг£Р + С'£У) ~ Н • (с%а + сгёу)

приращение границы карьера поверху

В = (Я + И) ■ (с/£Р + ^у) - Н ■ {^а. + сг£у), ж;

_(Я„ +/?„)2_

где р„ = ш-сг^

2'Кр- >Пг ' К + Нп ' С1£а„-1 + Нг,2 ' ЩО-псг ~ (Нп + К У '

В практике крайне редко встречаются месторождения угля, представленные одним мощным пластом, поэтому для свиты пластов при углубочной продольной однобортовой системе разработки формула, использующаяся при расчете количества горизонтов, дополнительно вовлекаемых в разработку до начала погашения горных работ, примет вид:

Д =arctg

(H.+hJ

2 ■ k!p ■ т. ■ hn + Hn" ■ ctga+ Hn~ ■ ctgy - (#„ +hn) ■ ctgу - Mm ■ hn

Для свиты пластов при углубочной продольной двухбортовой системе разработки:

Г _(Н + hj_

р = arcte -5-Ч-;-

2 ■k!p-m!-hn + Я„ ■ ctgan_, + Я„2 • ctgaml - (Я„ + А„ )2 • ctgam - Мт ■ й„

5

где Мт — суммарная мощность породных прослоев в свите, м.

Предлагаемая в диссертации методика позволяет исследовать связи между группами параметров перехода к ведению горных работ высокими уступами и однозначно сделать заключение о степени их взаимовлияния. С использованием разработанной методики, были исследованы технико-экономические показатели осуществления перехода к ведению горных работ высокими уступами в различных горно-геологических и производственных условиях.

На рис. 8 схематично представлена зависимость групп параметров перехода.

Рисунок 8 - Зависимость групп параметров перехода

В качестве результата осуществления перехода рассматривается объем угля, дополнительно добываемый на месторождении, а также дополнительный срок его эксплуатации. Из прочих параметров перехода выделена группа параметров I: глубина горных работ на момент начала перехода; угол откоса рабочего борта до и после перехода; число горизонтов, дополнительно вовлекаемых в разработку до начала погашения горных работ; и группа II: приращение конечной глубины карьера; приращение границ карьера поверху; продолжительность перехода.

Разработанная методика позволяет исследовать связи между группами параметров и однозначно сделать заключение о степени их взаимовлияния.

На рис. 9 приведены зависимости приращения конечной глубины карьера от горизонтальной мощности пласта.

12

О -I-.-.-.-.-,-.-,-1

10 15 20 25 30 35 40 45 50

горизонтлтънля мощность птоста, м

| —»—15 |рад -»— 20 |рад 25 |рад 30 |рад 35град -»— 40 град|

Рисунок 9 - Изменение приращения конечной глубины карьера в зависимости от горизонтальной мощности угольного пласта

Так как горизонтальная мощность пласта является агрегированной характеристикой залежи, то дополнительно было установлено изменение приращения конечной глубины карьера от нормальной мощности пласта (рис. 10).

120

= 100 х

| 80

3 х

5 во

х

0

Л

Ф

х 40

1

I 20

0

0,00 5,00 10,00 16,00 20,00 25,00 30,00 35,00

норм<тл>нпя мощность пласта, м

*—1 5 |рад —•— 20 [рад 25 |рад 30 |рад -^»—35 град -»—40 [рад]

Рисунок 10 - Изменение приращения конечной глубины карьера от нормальной мощности угольного пласта для различных углов падения (15-40°)

Рассчитанные значения приращения в зависимости от нормальной мощности пласта и угла его падения аппроксимируются прямой и позволяют

сделать вывод о линейной зависимости между приращением конечной глубины карьера и нормальной мощностью пласта, при этом исследуемая функция не зависит от угла падения угольного пласта при его изменении в диапазоне 15^Ю°.

Аналогичные зависимости были рассмотрены для более широкого диапазона углов падения пласта - 15-90°, т. е. расчеты были произведены как для однобортовой системы разработки, так и для двухбортовой (рис. 11).

35 гред ФаА

О.СО 5,00 10.0Е) 15.00 2000 25.00 30.00

Рисунок 11 - Изменение приращения конечной глубины карьера от нормальной мощности угольного пласта для различных углов падения (15-90°)

Анализ графиков изменения приращения глубины карьера от нормальной мощности пласта позволяет сделать вывод, что для углов падения пласта до 40°, т. е. при однобортовой системе разработки, исследуемая зависимость аппроксимируется прямой и имеет линейный характер вида у = 4,31 12, при этом угол падения пласта не влияет на величину исследуемой функции. Однако при необходимости формирования второго рабочего борта приращение конечной глубины карьера увеличивается с ростом нормальной мощности пласта и уменьшается по мере увеличения угла падения угольного пласта, из чего следует третье научное положение:

Величина приращения конечной глубины разреза на наклонных и крутопадающих месторождениях при применении высоких уступов прямо пропорциональна нормальной мощности угольного пласта, не зависит от угла падения пласта при его изменении от 15 до 40° и снижается при увеличении угла его падения в диапазоне от 45 до 90°.

В диссертации рассмотрен порядок формирования высокого вскрышного уступа, который сопровождается изменением не только высоты уступа, но и ширины заходки экскаватора, и в целом ширины рабочей площадки. Поэтому вопрос о формировании высокого вскрышного уступа не может быть сведен к простому сдваиванию уступов.

Основным условием перехода к высоким уступам является наличие между первым создаваемым на каждом горизонте высоким вскрышным уступом и разрезной траншеей так называемой буферной породной зоны.

Благодаря наличию этой зоны становится возможным не только формирование первого высокого уступа, но и отработка высокими уступами всей вышерасположенной вскрышной толщи. Работы по выемке и погрузке вскрышных пород непосредственно в буферной зоне ведутся прямыми мех-лопатами типа ЭКГ с высотой уступа и шириной заходки, равными высоте нарезанных горизонтов. Причем количество заходок экскаватора в этой зоне изменяется от трех до шести с чередованием их по горизонтам при углублении горных работ (рис 12).

, Ж21/

Рисунок 12 - Фрагмент рабочего борта разреза, поясняющий порядок формирования высокого вскрышного уступа и последовательность отработки экскаваторными заходками буферной породной зоны

Из вышеизложенного следует, что при переходе к разработке вскрышных пород высокими уступами нет необходимости в проведении коренного переустройства (реконструкции) всего горного хозяйства или отдельных производств на действующих разрезах. Нет необходимости и в полном обновлении структур комплексной механизации. Для сохранения набранных темпов в работе предприятия достаточно выполнить корректировку горнотранспортной части проекта с разработкой технологических схем проведения вскрывающих выработок и схем отработки высокого вскрышного уступа

15

слоями с использованием прежде всего имеющейся на разрезе выемочно-погрузочной техники.

На стадии проектирования и в ходе эксплуатации карьера особое внимание проектировщиками и производственниками уделяется интенсификации процессов горного производства посредством разработки, апробации и дальнейшего внедрения рациональных проектных решений.

Так, подготовка горных пород к выемке буровзрывным способом при ведении горных работ высокими уступами предполагает применение рассредоточенных скважинных зарядов в силу того, что взрывание сплошным зарядом неизбежно влечет за собой рост зоны нерегулируемого дробления и, как следствие, увеличение выхода негабарита, что негативно сказывается на производительности оборудования. Кроме того, ведение горных работ во вскрышной зоне высокими уступами с применением автотранспорта обуславливает необходимость обеспечения компактного развала.

До недавнего времени практическая реализация идеи рассредоточения заряда в скважине была слишком трудоемкой и затратной, при этом удорожание взрывных работ превосходило эффект от рассредоточения. При непосредственном участии автора настоящей диссертации был предложен и внедрен ряд способов рассредоточения заряда в скважине и устройств для их осуществления (защищенных патентами), которые выгодно отличаются от всех ранее известных своей простотой и эффективностью (рис. 13а—в).

Предложенные способы позволяют производить рассредоточение заряда в скважинах любой глубины и обводненности.

Рисунок 13 - Варианты формирования воздушного промежутка: а - пневматический затвор; б-упругий затвор; в —упругий затвор, доставляемый на необходимую глубину в специальном контейнере на веревке В результате опытно-промышленной проверки разработанных проектных решений выявлено, что их применение позволяет:

• снизить удельный расход ВВ на 5-7 % при сохранении качества подготовленной горной массы к выемке без снижения производительности выемочно-погрузочного оборудования;

• упростить процесс формирования рассредоточенных зарядов ВВ в скважине, при этом способ их установки гарантирует точность размещения затворов на необходимой глубине;

• уменьшить себестоимость ведения взрывных работ за счет снижения количества используемых водоустойчивых взрывчатых веществ.

Известно, что одним из возможных направлений удешевления буровзрывных работ является замена водоустойчивого взрывчатого вещества на более дешевое неводоустойчивое посредством осушения взрываемого массива.

Был разработан способ осушения взрывного блока, включающий бурение одного или нескольких рядов взрывных скважин в породоугольном массиве в одну линию по контуру отрабатываемого взрывного блока через 3-4 м друг от друга, при этом скважины бурят с перебуром на 1-3 м отметки нижнего осушаемого уступа и высоту верхнего уступа ограничивают максимальной глубиной бурения бурового станка. Техническое решение поясняется на рис. 14, где показана схема применения предлагаемого способа. Получен патент РФ на изобретение № 2454541.

Также рассмотрено проектное решение по формированию скважинной забойки, обеспечивающей более полное использование энергии взрыва (рис.

15), защищенное патентом РФ на изобетение № 2459178, в ходе апробации которого подтверждена возможность достигать требуемой степени взрывного дробления при меньшем удельном расходе взрывчатых веществ.

Рисунок 15 - Подвесная скважинная забойка По результатам проведенной опытно-промышленной проверки разработанных технических решений по формированию рациональной конструкции заряда и забойки скважин осуществлено их внедрение в производственный цикл разрезов и получен экономический эффект в 2011 г в размере 36 611,251 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные проектные решения при переходе к производству вскрышных работ высокими уступами на разрезах Кузбасса, что позволит увеличить конечную глубину и отрабатываемые запасы угля, регулировать режим горных работ и улучшить технико-экономические показатели работы разрезов, что имеет существенное значение для теории проектирования открытой разработки месторождений полезных ископаемых.

Основные выводы и результаты, полученные автором:

1. Ведение горных работ высокими уступами во вскрышной зоне позволяет не только снизить текущий коэффициент вскрыши, но и увеличить конечную глубину карьера, отрабатываемых запасов угля, при этом на основании проведенных в работе исследований установлено, что при проектировании разрезов выбор периода перехода к ведению вскрышных работ высокими уступами до момента полного развития горных работ сопровождается увеличением объемов вскрыши, переносимых на последующие периоды разработки, но уменьшением приращения глубины горных работ.

2. Максимальное увеличение конечной глубины карьера обеспечивается при переходе к отработке вскрышных пород высокими уступами в момент равенства текущего и граничного коэффициентов вскрыши. При этом объем вскрыши, отрабатываемой в более поздний период, сводится к минимуму.

3. Сравнение экономической эффективности осуществления перехода к ведению вскрышных работ высокими уступами на различных этапах эксплуатации карьера показало, что на стадии проектирования карьера целесообразным является принятие инженерных решений, предусматривающих отнесение начала перехода к ведению горных работ высокими уступами на момент времени, в который текущий коэффициент вскрыши достигает равенства с граничным, что позволяет обеспечить максимальный экономический эффект.

4. Обосновано, что высокий вскрышной уступ целесообразно отрабатывать в два слоя, и оптимальным является применение комплекса оборудования, включающего экскаватор типа драглайн для отработки верхнего слоя с нижним черпанием с погрузкой в средства транспорта на уровне своего стояния и экскаватор типа прямая механическая лопата для отработки нижнего слоя.

5. Разработанные технологические схемы вскрытия нового горизонта и отработки высокого вскрышного уступа позволяют сформировать высокие вскрышные уступы на рабочем борте карьера и вести их отработку с минимальными эксплуатационными затратами.

6. Разработанные организационно-технические решения, направленные на обеспечение требуемых параметров буровзрывной подготовки высокого вскрышного уступа к выемке, внедрены на разрезах Кузбасса с экономическим эффектом в 2011 г. в размере 36 611 тыс. руб.

Основные положения и выводы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Федотенко B.C. Снижение негативного воздействия взрыва на окружающую среду за счет применения рациональной конструкции заряда и забойки скважин / Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах: Материалы IX Международной научно-практической конференции (22-23 ноября, 2011 г.). - Кемерово, С. 95-98.

2. В. П. Макшеев, Федотенко В. С. Параметры буровзрывных работ при разработке вскрышных пород высокими уступами на транспорт / Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. -№2.-С. 308-311.

3. Федотенко В. С. Выбор комплексов горного и транспортного оборудования для отработки высокого вскрышного уступа // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2012. - № 2. - С. 31-36.

4. В. П. Макшеев, А. С. Ненашев, Федотенко В. С. Обоснование периода перехода к разработке вскрышных пород высокими уступами при транспортной технологии / Вестник Кузбасского государственного технического университета —2012. —№ 3. - С. 55-58.

5. Патент РФ на изобретение №2319924. Способ рассредоточения заряда в скважине / С. М. Федотенко, В. С. Федотенко. — Опубл. 20.03.2008, Бюл. №8.

6. Патент РФ на изобретение №2452859. Способ осушения породо-угольного массива / В. С. Федотенко. - Опубл. 27.06.2012, Бюл. № 18.

7. Патент РФ на изобретение №2459178. Подвесная скважинная забойка/ В. С. Федотенко, Я. О. Литвин, В. П. Макшеев, С. М. Федотенко. - Опубл. 20.08.2012, Бюл. № 18.

Подписано в печать 26.12.2012 г. Формат бОхЭО'Аб.

Объем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1516

Отдел печати МГГУ. Москва, Ленинский проспект, д. 6 20

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Федотенко, Виктор Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ ?

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Анализ литературных источников и опыта применения высоких уступов при открытой разработке месторождений

1.2. Опыт применения экскаваторов с нижним черпанием при отработке высоких уступов по транспортной технологии на разрезах Кузбасса V

1.3. Цель, задачи и методы исследования ^ ^

2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ И ПАРАМЕТРОВ РАЗРАБОТКИ

ВСКРЫШНЫХ ПОРОД НА РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА ВЫСОКИМИ

УСТУПАМИ ^

2.1. Характеристика условий, определяющих возможность перехода к разработке вскрышных пород высокими уступами ^

2.2. Обоснование периода и целесообразности перехода к отработке вскрышной толщи высокими уступами

2.3. Выбор комплектов выемочных машин при разработке высоких уступов при транспортной технологии Г?

2.4. Обоснование выбора высоты уступа и комплекса оборудования при производстве вскрышных работ в безугольной зоне разреза вЪ

Выводы * з

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЕДЕНИЯ

ВСКРЫШНЫХ РАБОТ С ВЫСОКИМИ УСТУПАМИ. ВЛИЯНИЕ

НА ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКУ НОВЫХ ГОРИЗОНТОВ. я в

3.1. Основные требования к технологическим схемам разработки высоких вскрышных уступов и систематизация схем.

3.2. Порядок формирования высокого уступа и технологические схемы ведения вскрышных работ с высокими уступами

3.3. Технологическая схема проведения скользящего съезда (выездной траншеи) <

4. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПОРОД ВЫСОКИМИ УСТУПАМИ НА РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА -Ю / 4.1. Методика определения приращения границ карьера при ведении

4.2. Исследование технико-экономических показателей ведения горных работ высокими уступами в различных горногеологических и производственных условиях ^

4.3. Разработка и обоснование организационно-технических решений, повышающих эффективность процессов открытых горных работ при работе высокими уступами

4.3.1. Обоснование организационно-технических решений по формированию рациональной конструкции заряда и забойки скважин Л У

Выводы 1Ь£ вскрышных работ с высокими уступами

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование проектных решений по производству вскрышных работ высокими уступами на разрезах Кузбасса"

Актуальность работы. Согласно долгосрочной программе развития угольной промышленности России на период до 2030 года планируется увеличение годовой добычи угля в Кузбассе дополнительно на 100 млн. т в год, рост производительности труда, полное обновление производственных мощностей при повышении уровня промышленной и экологической безопасности.

В предстоящий период будет производиться формирование новой технологической базы интенсивного развития угольной отрасли, основанной на использовании новейших достижений в области науки и техники. Это направление развития обуславливает необходимость обоснования новых подходов к проектированию горнотехнических систем, ориентированных на эффективную и более полную отработку угольных месторождений.

В настоящее время с увеличением глубины разрезов ухудшаются горногеологические и горнотехнические условия их эксплуатации. Поступающее на разрезы современное высокопроизводительное горное и транспортное оборудование полностью не компенсирует это ухудшение. Необходимо изменять параметры технологии, одним из главных является высота рабочего вскрышного уступа.

Поэтому обоснование параметров технологии вскрышных работ высокими уступами на разрезах Кузбасса, позволяющее увеличить конечную глубину и отрабатываемые запасы разрезов, регулировать режим горных работ и улучшить технико-экономические показатели работы разрезов, является актуальной научной задачей.

Объектами исследования являются проектируемые и эксплуатируемые разрезы Кузнецкого угольного бассейна; технологические параметры горнотехнических систем.

Цель исследований заключается в обосновании проектных решений по производству вскрышных работ высокими уступами при транспортной 4 технологии на разрезах Кузбасса, что позволит увеличить конечную глубину и отрабатываемые запасы угля, регулировать режим горных работ и улучшить технико-экономические показатели работы разрезов.

Основная идея работы заключается в том, что установление рационального периода перехода на ведение горных работ высокими уступами во вскрышной зоне позволяет не только улучшить режим горных работ, но и обеспечить приращение конченой глубины разреза.

Задачи исследования:

• обосновать период и целесообразность изменения параметров горнотехнической системы как фактор выбора стратегии освоения месторождения;

• исследовать условия и параметры разработки вскрышных пород на разрезах Кузбасса высокими уступами;

• разработать технологические схемы предприятия в целом при нарезки нового горизонта, разработки высокого вскрышного уступа полускальных пород различными комплексами выемочно-погрузочного и горнотранспортного оборудования;

• исследовать влияние изменения параметров элементов горнотехнической системы на вскрытие и подготовку новых горизонтов;

• исследовать технико-экономические показатели изменения параметров горнотехнической системы в различных горно-геологических и производственных условиях;

• разработать рациональные организационно-технические решения, повышающие эффективность процессов открытых горных работ при работе высокими уступами и провести их опытно-промышленную проверку.

Методы исследований: обобщение, графический, аналитический, технико-экономический анализ, математическое моделирование, эксперимент, наблюдение.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Выбор периода перехода к отработке вскрышной зоны высокими уступами при проектировании разрезов позволяет управлять приращением конечной глубины, при этом максимальное приращение конечной глубины достигается при переходе, осуществляемом в период полного развития горных работ при равенстве текущего и граничного коэффициентов вскрыши.

2. Эксплуатационные затраты на разработку 1 м3 вскрышных пород находятся в параболической зависимости от высоты разрабатываемых слоев, что позволяет при проектировании разрезов установить высоту вскрышного уступа, при соблюдении равенства скоростей подвигания забоя в верхнем и нижнем слое.

3. Приращение конечной глубины разреза на наклонных и крутопадающих месторождениях при применении высоких уступов находится в линейной зависимости от нормальной мощности угольного пласта, при этом не зависит от угла падения угольного пласта при его изменении от 15 до 40°, и снижается по мере увеличения угла падения угольного пласта при его изменении от 45 до 90°.

Научная новизна заключается в том, что:

• установлена зависимость между периодом перехода к ведению горных работ высокими уступами во вскрышной зоне разреза и увеличением конечной глубины горных работ;

• обоснован выбор высоты вскрышного уступа на основе установленной закономерности изменения суммарных эксплуатационных -1 затрат на 1 м от высоты разрабатываемого слоя.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждаются: корректным и обоснованным применением общепризнанных закономерностей и методов исследований; постановкой задач исследований; значительным объемом фактических данных, полученных на горнодобывающих предприятиях, разрабатывающих б угольные месторождения Кузбасса, а также экспериментальных данных, полученных в ходе натурных наблюдений за работой выемочно-погрузочного и транспортного оборудования; сходимостью промежуточных результатов с данными других авторов, опубликованными в научной и справочной литературе.

Научное значение работы заключается в разработке нового подхода к обоснованию целесообразности применения высоких уступов при транспортной технологии в части установления возможности приращения конечной глубины разреза посредством управления параметрами технологии вскрышных работ высокими уступами, что является вкладом в теорию проектирования горнотехнических систем.

Практическая ценность работы состоит:

• в разработке методики определения приращения конечных границ разреза при ведении вскрышных работ высокими уступами;

• в разработке технологических схем ведения вскрышных работ высокими уступами;

• в разработке организационно-технических решений, способствующих управлению параметрами горнотехнической системы, которые обеспечили получение экономического эффекта, в результате их внедрения в производство, в размере 36 611 тыс. руб.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследования приняты к использованию ООО «Сибгеопроект», эффективность разработанных организационно-технических решений подтверждена актом внедрения на разрезах «УК «Кузбассразрезуголь». Также результаты работы изложены в учебном пособии для студентов вузов «Технология ведения горных работ на разрезах при разработке сложноструктурных месторождений» при чтении курса «Технология разработки сложноструктурных месторождений» по специальности «Открытые горные работы» 130403.

Апробация результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научном семинаре и заседании кафедры «Технологии, механизации и организации открытых горных работ» ФБГОУ ВПО «Московский государственный горный университет» (2012), на международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2011, 2012), на семинаре кафедры «Открытой разработки месторождений полезных ископаемых» ГОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет» (2012).

Публикации. По теме диссертации имеется 7 публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 16 таблиц, 44 рисунка и перечень литературных источников из 110 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Теоретические основы проектирования горно-технических систем", Федотенко, Виктор Сергеевич

Основные выводы и результаты исследований:

1. Ведение горных работ высокими уступами во вскрышной зоне позволяет не только снизить текущий коэффициент вскрыши, но и увеличить конечную глубину карьера, запасов, при этом на основании проведенных в работе исследований установлено, что осуществление перехода к ведению вскрышных работ высокими уступами в более ранний срок сопровождается увеличением объемов вскрыши, переносимых на последующие периоды разработки, но уменьшением приращения глубины горных работ.

2. Максимальное увеличение конечной глубины карьера обеспечивается при переходе к отработке вскрышных пород высокими уступами в момент равенства текущего коэффициента вскрыши граничному. При этом объем вскрыши, оставляемой для отработки в более поздний период сводится к минимуму.

3. Экономическое сравнение эффективности осуществления перехода к ведению вскрышных работ высокими уступами на различных этапах эксплуатации карьера показало, что на стадии проектирования карьера целесообразным является принятие инженерных решений, предусматривающих отнесение начала перехода к ведению горных работ высокими уступами па момент времени, в который текущий коэффициент вскрыши достигает равенства граничному, что позволяет обеспечить максимизацию экономического эффекта.

4. Обосновано, что высокий вскрышной уступ целесообразно отрабатывать в два слоя, и оптимальным является применение комплекса оборудования, включающего экскаватор типа драглайн для отработки верхнего слоя с погрузкой в средства транспорта на уровне своего стояния и экскаватор типа прямая механическая лопата для отработки нижнего слоя.

5. Были разработаны технологические схемы вскрытия нового горизонта, отработки высокого вскрышного уступа, позволяющие сформировать высокие вскрышные уступы на рабочем борту карьера и вести их отработку с минимальными эксплуатационными затратами.

6. Разработаны организационно-технические решения, направленные на обеспечение требуемых параметров буровзрывной подготовки высокого вскрышного уступа к выемке, обеспечивающие буровзрывную подготовку на высоких уступах, при этом их внедрение на разрезах Кузбасса позволило получить экономический эффект в 2011 году в размере 36 611 тыс руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной и практической задачи обоснования параметров горнотехнических систем при разработке разрезов Кузбасса высокими уступами, направленное на увеличение конечной глубины горных работ и снижение эксплуатационных затрат на добычу полезного ископаемого, имеющее существенное значение для теории проектирования открытой разработки месторождений полезных ископаемых.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Федотенко, Виктор Сергеевич, Москва

1. Акутин Г.К. Степень дробления и высота уступа. «Горный журнал», -1947, №7;

2. Анистратов Ю.И., Анистратов К.Ю. Проектирование карьеров. М.: Изд. НПК «ГЕМОС Лимитед», 2003. 176 е.;

3. Арсентьев А.И. Стратегия и тактика проектирования открытых горных работ. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2008г. - №11. С 54;

4. Арсентьев А.И. Технико-экономические особенности поэишной отработки карьерных полей. Развитие теории открытых горных работ. -М.:МГИ, 1991.-321 е.;

5. Арсентьев А.И. Определение главных параметров карьеров. М.: Недра, 1976.-231 е.;

6. Арсеньев А.И. Определение производительности и границ карьеров. -М.: Недра, 1970.-320 е.;

7. Арсентьев А.И., Холодняков Г.А. Проектирование горных работ при открытой разработке месторождений. М.: Недра, 1994. - 336 е.;

8. Арсентьев А.И., Полищук А.К. Развитие методов определения границ карьеров. Ленинград: Паука, 2967. - 96 е.;

9. Аршавский В.В., Вильгинский В.Б., Корнейчук В.И., Малюгин A.M., Удовицкий В.В. Состояние и перспективы совершенствования взрывных работ. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2001г. - №2. С 21;

10. Астахов А.С, Малышев IO.II., Яновский А.Б. Экономика горного предприятия. М.: Изд. АГП, 1998. 135 е.;

11. Баулин A.B. Обоснование параметров юхиологии отработки вскрышных пород высокими уступами при транспортной системе разработки на угольных разрезах. Авгореф. канд. дисс. - Москва. - 2002. - 23 с;

12. Бойко Г.Х., Цветков В.И. Новое в производстве и освоении кранлайнов. // Горный журнал.-2001.- № 1.- с.51 -52.

13. Богомолов C.B., Гордиепко Б.В. и др. Положение по проектированию и строительству технологических автодорог на разрезах / НИИОГР (Кузнецкий филиал).-Кемерово, 1991.-75с.

14. Близшоков В.Г. Определение главных параметров карьеров с учетом качества и комплексности разработки полезных ископаемых. Автореф. докт. дисс. Кривой Рог.: 1979;

15. Буткевич Г.Р. О высоких уступах на нерудных карьерах. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2000г. - №2. С 15;

16. Васильев Е.И. Некоторые вопросы обоснования производительности и размеров карьера при разработке свиты крутопадающих пластов. М.: МГИ, 1958;

17. Ганченко М.В., Акишев А.Н., Бахтин В.А. Определение границ и оптимизация технологических параметров открытых горных рабо т. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2005г. - №7. С 77;

18. Городецкий П.И. Основы проектирования горнорудных предприятий. -М.: Металлургиздат, 1955;

19. Городниченко В.И., Дмитриев А.П. Основы горного дела. М.: Горная книга, 2008. 464с.;

20. Долгосрочная программа развития угольной промышленности России на период до 2030 года. Москва. - 2010;

21. Друкованный М.Ф., Комир В.М., Кузнецов В.М. Действие взрыва в горных породах. Киев.: Наукова думка, - 1973. - 184 с;

22. Друкованный М.Ф., Ефремов Э.И., Терещенко A.A. и др. Дробление горных пород при взрывании спаренных уступов на Центральном и Ингулецком ГОКах в Криворожском бассейне. Сб. «Взрывное дело» №53/10,- 1963;

23. Епифанова М.В., Федоров С.А., Козырев A.A., Рыбин В.В., Волков

24. Ю.И. Инженерно-геологические аспекты проектирования глубокого карьера141

25. Ковдорского ГОКа. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2007г. - №9. С 30;

26. Золотарев Н.Д. Методика определения границ карьера и годовых объемов вскрыши на основе опыта проектирования: Записки Ленинградского горного института им. Г.В. Плеханова, вып. 1. -Ленинград, 1961;

27. Золотарев Н.Д. Параметры систем и технологические сложности открытой разработки месторождений: Материалы Всесоюзного совещания о путях дальнейшего совершенствования техники на открытых горных работах. Сорск: 1964;

28. Иванов Е.Д. Обоснование режима горных работ и главных параметров карьеров при открытой разработке сближенных алмазоносных кимберлитовых трубок. Автореф. канд. диссерт. М. - 2011;

29. Истомин В.В. Главные параметры карьера проблемы установления // Горный журнал, 2004, №2;

30. Истомин В.В. О принципе системности в теории открытой разработки. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2009г. - №11. С 18;

31. Истомин В.В. О режиме открытых горных работ и его экономической оценке. Горные науки и промышленность. М.: Недра, 1989. -С.251-258;

32. Капустин Н.Г. Обоснование производственной мощности карьера //Техника и технология открытых горных работ. М.: Углетехиздат, 1959;

33. Кононыхин М.А. Разработка методов управления интенсивностью эксплуатации месторождений открытым способом в условиях изменения потребности в добываемом сырье. Автореф. канд. дисс. М:ИПКОН РАИ, 2002;

34. Кортелев О.Б., Молотилов С.Г., Норри В.К. Интенсификация горных работ на карьерах. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2005г. -№12. С 115;

35. Краспяпский ГЛ., Щадов М.И. Топливно-энергетический комплекс России: тенденции и перспективы. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы" 2000г. - №6. С 78;

36. Кузнецов В.И., Ермолаев В.А., Ташкинов A.C., Ненашев A.C. 11овые решения в технологии ведения горных работ на разрезах Кузбасса. Кемеровское книжное издательство. Кемерово, 1994.-152 с.

37. Кулумбетов С.Н., Дашкин И.Р. Открытые горные работы и перспективы их развития. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2001 г. - № 11, С. 29;

38. Лесонен М.В., Сень М.С. Обоснование границ открытых горных работ с учетом интересов государства и недропользователя. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2010г. - №1. С 69;

39. Липев В.П., Рубенштейн С.Б., Холодняков Г.А. Регулирование текущего коэффициента вскрыши углом наклона рабочих бортов карьера. -Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы" 2001 г. №5. С 23;

40. Макшеев В.П., Ненашев A.C., Федотенко B.C. Обоснование периода перехода к разработке вскрышных пород высокими уступами при транспортной технологии // Вестник Кузбасского государственного университета, -№3, -2012;

41. Макшеев В.П., Федотенко B.C. Параметры буровзрывных работ при разработке вскрышных пород высокими уступами па 'транспорт. Горный информационно-аналитический бюллетень, изд. "Горная книга", №2, 2012;

42. Медников H.H. Математические методы и моделирование процессов и технологии открытых горных работ. Учебн. пособие. М.: МГИ, 1992. -112 с.;

43. Мельников Н.В. Влияние конструкции заряда на результаты взрывных работ. — Разрушение и механика горных пород. Госгортехиздат, - 1962;

44. Мельников И.В., Марченко И.Л., Жариков И.Ф., Сеинов Н.П. Метод улучшения дробления пород взрывом. ФТПРПИ. - 1979. - 1979. - №6, с. 3234;

45. Мельников И.В. Теория и практика открытых горных разработок. 1271. М.: Недра, 1975;

46. Мельников Н.В., Фадеев Б.В. к решению научных и технических проблем глубоких карьеров. В кн.: Глубокие карьеры. Киев: Наукова думка, 1970, 453 е.;

47. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов, утвержденные Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике 21.06.1999 N ВК 477;

48. Ненашев A.C., Ермолаев В.А., Усенко С.П., Федотенко С.М., Гойхман Э.Э., Ташкинов A.C. Технологические схемы разработки высоких уступов на разрезах Кузбасса / Кузнецкий филиал НИИОГР, ПО «Кемеровоуголь». -Кемерово, 1987.-94с.

49. Научные основы проектирования карьеров: Под общей редакцией Ржевского В.В., Новожилова М.Г., Юматова Б.П. и др. М.: Недра, 1971. -600 е.;

50. Ненашев A.C., Проноза В.Г., Федотенко B.C. Технология ведения горных работ на разрезах при разработке сложноструктурных месторождений. Учебное пособие. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2010. - 248 е.;

51. Ненашев A.C., Федотенко B.C. Технология проведения скользящего съезда (выездной траншеи) экскаватором «обратная лопата» // Вестник Кузбасского государственного технического университета, №5, - 201 1.

52. Новожилов М.Г., Друкованный М.Ф., Комир В.М. Исследование эффективности зарядов с воздушными промежутками. Сб. Взрывное дело, -№54/11. - Госгортехиздат. - 1963;

53. Новожилов М.Г. Открытые горные работы. М.: Госгортехиздат, 1961. -476 е.;

54. Новожилов М.Г., Хохряков B.C., Пчелкин Г.Д. и др Технология и комплексная механизация. В кн.: Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Ч. 2 М.: Недра, 1971. 552 е.;

55. Ольховатенко В.Б. Инженерно-геологические условия строительства крупных карьеров в Кузнецком угольном бассейне. Томск.: Издательство томского университета. - 1976. -212 с;

56. Опанасенко П.И. Обоснование технологических схем высокоусчупной технологии вскрышных работ с применением выемочно-погрузочных драглайнов при транспортных системах разработки. Автореф. канд. дисс. -М. — 2010;

57. Отраслевая методика расчета количества отходящих уловленных и выбрасываемых в атмосферу вредных веществ предприятиями при добыче и переработке угля //11ермь.: В1МИОС уголь. 1989. - 42 с;

58. Панков В.А., Слабоспицкий И.А., Невидомский В.А. Комплексный подход НКМЗ при производстве горного оборудования. // Горная промышленность.-2001. №3.-с.40-42.

59. Пастихин Д.В., Аникин К.В., Толипов Н.У., Иванов Е.Д. Обоснование конструкции рабочего борта глубоких карьеров М.: Издательство «Горная книга». - 2011. - 22 с.

60. Поль В.Г., Ворошилов Г. А., Примак B.C. Создание геоинформациопных моделей и их применение в системах автоматизированного проектирования. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы" 2001г. - №7. С 15;

61. Попов Н.С. О предельной глубине карьеров. // Горный журнал, №9, М.: 1951;

62. Попов С.И. Современное определение угла погашения и глубины открытых работ. Сб. «Горное дело», Тр. Горно-металург. инст., Металлургиздат, Свердловск: 1951;

63. Потапов М.Г., Томаков П.И., Наумов ИЛ. Технология, механизация и организация открытых горных работ. М.: Изд. МГГУ, 1992. 370с;

64. Правила безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом: ГШ 05-619-03. / Кол.авт.-2-е изд., исправ.-М.:000 «НТЦ» Промышленная безопасность, 2009.-144с.

65. Ракишев Б.Р. Рабочая зона карьера и ее параметры. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2003г. - №3. С 17;

66. Репин Н.Я. Оборудование и технологии выемочно-погрузочных работ.- Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2009г. №11. С 57;

67. Репин Н.Я. Подготовка горных пород к выемке. М.:МГГУ, 2009. -200 с;

68. Репин Н.Я. Ташкинов Д.С., Богатырев В.П. и др. Буровзрывные работы на угольных разрезах. -М.: Недра, 1987.-254 с.

69. Ржевский В.В. Режим горных работ при открытой добыче угля и руды.- М.: Углетехиздат, 1957. 200 с;

70. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ. М.: Недра, 1980. - 624 с;

71. Ржевский В.В. Открытые горные работы, часть 1.-М.:Недра, 1985.-512с;

72. Ржевский В.В. Открытые горные работы, часть 2.-М.:Недра, 1985.-549с;

73. Рубенштейн С.Б., Липев В.П., Трифонов Ю.В., Шпанский О.В. Оптимизация границ карьеров при разработке крутопадающих месторождений. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы" 2001г.-№5. С 19;

74. Рутковский Б.Т. Метод горно-геометрического исследования месторождений при проектировании карьеров. М: Недра, 1973. 160с;

75. Рыбаков Б.Н. Исследование и обоснование технико-технологическихусловий обеспечения полноты выемки пластов угля па карьерах Кузбасса.

76. Автореф. канд. дисс. Москва. - 1980. - 23с;146

77. Сапрыкии Б.И. Федотепко С.М., Гришин C.B. и др. Оптимизация взрывных работ на разрезах угольной компании "Кузбассразрезуголь". -Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2006г. -№11;

78. Сеинов Н.Г1., Жариков И.Ф. Ведение взрывных работ на угольных разрезах // М.: ИГД им. Скочииского. 1984.-28 с;

79. Справочник. Открытые горные работы. М.: «Горное бюро», 1994; 599 с;

80. Трубецкой K.M., Домбровский A.M., Сидоренко И.А., Сеинов II.П., Киселев H.H. Высокоуступная технология открытых горных работ на основе применения кранлайпов. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2005г. - №4. С 40;

81. Трубецкой К.Н., Киселев H.H., Домбровский А.П., Сидоренко И.А. и др. Кранлайн новый вид шагающего драглайна. // Горная промышленность.-1999.-№3.-с.32-35.

82. Трубецкой K.M., Краснянский ГЛ., Хронин В.В. Проектирование карьеров: Учеб. для вузов в 2 т. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство академии горных наук, 2001, Т. 1. 519 с;

83. Трубецкой К.Н., Краснянский ГЛ., Хронин В.В., Коваленко B.C. Проектирование карьеров M.: 2009. - 694 с;

84. Трубецкой K.II. Сеипов ГШ., Киселев H.H., Сидоренко И.А., Кранлайны техника открытых горных работ XXI века. // Уголь,-1999.-№11 .-с.46-49.

85. Трубецкой K.M., Сидоренко И.А., Сеинов H.H., Самородов Ю.П. Технология отработки вскрыши высокими уступами с применением экскаваторов-краплайнов. // Горный журнал.-2000.-№3.-с.31-34.

86. Трубецкой K.M. Малышев Б.П., Сеипов Н.П., Киселев H.H., Сидоренко И.А., Домбровский А.Н. и др. Патент РФ на изобретение №2079609. Описание изобретения к патенту опубликовано 20.06.1997г.

87. Томаков П.И., Манкевич В.В. Открытая разработка угольных и рудныхместорождений. М.: МГТУ, 1995. - 365 с;147

88. Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, механизация и организация открытых горных работ.-М.:11сдра, 1978.-296с.

89. Едииые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом: ПБ 03-498-02. / Кол.авт.-М.: ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003,-152с.

90. Федотенко B.C. Выбор комплексов горного и транспортного оборудования для отработки высокого вскрышного уступа // Вестник Кузбасского государственного технического университета, №2, 2012;

91. Федотенко B.C. Способ осушения породоугольного массива Патент РФ на изобретение №2452859, Опубл. 27.06.2012 Бюл. № 18;

92. Федотенко B.C., Литвин Я.О., Макшсев В .П., Федотенко С.М. Подвесная скважинпая забойка Патент РФ на изобретение №2459178, Опубл. 20.08.2012 - Бюл. № 18.

93. Федотенко С.М., Федотенко B.C. Оптимизация взрывных работ в 000"Кузбассразрезуголь-Взрывпром" Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: Материалы XI Международной научно-практической конференции, Кемерово, ГУ КузГТУ, 2006г;

94. Федотенко С.М., Федотспко B.C. Способ рассредоточения заряда в скважине Патент РФ на изобретение №2319924, Опубл. 20.03.2008г. - Бюл. №8.

95. Фисенко ГЛ. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Недра, 1965. - 378 с;

96. Хохряков B.C. Исследование этапов развития и экономичности открытых горных работ в глубоких карьерах. Автореф. докт. дисс. М.: 1966;

97. Хохряков B.C. Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых горных разработок. / Уральская Гос. Горио-геолог. академия. -Екатеринбург, 1996,-180с.

98. Хохряков B.C. К вопросу экономической оценки открытой разработки месторождений по очередям //Известия вузов. Горный журнал. -1962, №3;

99. Хохряков B.C. Учет разновременности затрат при технико-экономическом сравнении вариантов открытой разработки //Известия вузов. Горный журнал. 1962, №7;

100. Хохряков B.C. Проектирование карьеров. М.: 1992. 383 е.;

101. Хохряков B.C., Церешциков П.Т. Поэтапное разви тие горных работ на карьерах,- М.: Цветметинформация, 1968. 54 е.;

102. Чурилов Н.Г., Семенов В.В., Рыбаков В.П. .Современное состояние и перспективы развития карьера и отвалов. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы" 2001г. - №6. С 32;

103. Шешко Е.Ф. Основы проектирования угольных карьеров. М.: Углетехиздат, 1950. 335с;

104. Шешко Е.Ф., Ржевский В.В. Основы проектирования карьеров. М.: Углетехиздат, 1958. 338с;

105. Шибаев Г.В. Оценка эффективности работы угольных предприятий с открытым способом добычи. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы" 2001г. - №1. С 19;

106. Юматов Б.П. Использование нового метода определенияэкономической эффективности капитальных вложений для обоснования149границ карьеров и их производительности // Б.II. Юматов/Тр. Всееоюзн. межвуз. научи. Конфер., Изд. «Высшая школа». М., 1.962;

107. Юматов Б.II. Определение экономической эффективности капиталовложений и глубины карьера при комбинированной разработке месторождений //Горный журнал. 1961, №2;

108. Яковлев В.Л., Саканцев М.Г., Артемьев Э.Г1., Ермаков Н.И., Контеев О.Ю. Совершенствование технологии постановки уступов и бортов карьеров в конечное положение. Горный журнал, "Издательский дом "Руда и металлы"2005г. - №12. С 95;

109. Яковлев В.Л., Саканцев М.Г., Саканцев Г.Г. Границы карьеров при проектировании разработки сложноструктурных месторождений. -Екатеринбург. УрО РАН. - 2009. - 302 с;