Обоснование технологических схем высокоуступной технологии вскрышных работ с применением выемочно-погрузочных драглайнов при транспортных системах разработки

Опанасенко, Пётр Иванович

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологических схем высокоуступной технологии вскрышных работ с применением выемочно-погрузочных драглайнов при транспортных системах разработки"

004608173

На правах рукописи

ОПАНАСЕНКО Пётр Иванович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЫСОКОУСТУПНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫХ ДРАГЛАЙНОВ ПРИ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМАХ РАЗРАБОТКИ

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая,

строительная)»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 6 СЕН 7ПЮ

Москва, 2010

004608178

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Национальный научный центр горного производства -Институт горного дела им. А.А.Скочинского» Отделение открытого способа добычи твёрдых полезных ископаемых

Научный руководитель:

доктор технических наук АРТЕМЬЕВ Владимир Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук АЙНБИНДЕР Игорь Израилевич

кандидат технических наук ШТЕЙНЦАЙГ Вячеслав Михайлович

Ведущая организация - Московский Государственный Горный Универ-

ситет

Защита диссертации состоится « 29 » сентября 2010 г. в 10 час 30 мин на заседании Диссертационного совета Д 002.074.02 при Учреждении Российской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр РАН по адресу: 111020, Москва, Крюковский туп. д. 4 тел/факс 8 (495) -360-89-60.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН

Автореферат разослан «РА» 0& 2010 г.

Учёный секретарь - л7

диссертационного совета Милетенко И.В.

Актуальность работы Анализ технического состояния открытой угледобычи на угольных разрезах показывает, что значительный физический и моральный износ основного технологического оборудования, его низкий технический уровень и невысокая степень производительного использования серьёзно ограничивают возможности дальнейшего эффективного функционирования и развития разрезов.

В диссертационной работе рассмотрена новая, начинающая развиваться, высокоуступная технология с использованием выемочно-погрузочных драглайнов, способная обеспечить эффективное развитие горного производства. Поэтому представленная работа, направленная на обоснование эффективных технологических схем и параметров такой технологии является весьма актуальной.

Целью работы является обоснование технологических схем высокоуступной технологии вскрышных работ с применением выемочно-погрузочных драглайнов, обеспечивающих снижение ресурсоёмкости и повышение эффективности горного производства.

Идея работы заключается в построении эффективных технологических схем высокоуступной технологии, базирующихся на установленных закономерностях и взаимозависимостях параметров горных работ применительно к характерным горнотехническим условиям их применения.

Задачи исследования:

• анализ фактического технического состояния открытой угледобычи на предприятиях ОАО «СУЭК», выбранных в качестве базы и примера для исследований;

• разработка методики объективной оценки эффективности использования технологического оборудования;

• обоснование возможных и рациональных технологических схем высокоуступной технологии применительно к различным горнотехническим условиям;

• сравнительный анализ новой (высокоуступной) и традиционной технологий на базе установленных зависимостей взаимовлияния параметров горных работ;

• оценка возможных конструктивно-компоновочных схем выемочно-погрузочных драглайнов, анализ и обоснование параметров их перспективных образцов;

• проведение инструментальных и эксплуатационных испытаний опытно- промышленного образца выемочно-погрузочного драглайна ЭШП 10/70 в производственных условиях;

• оценка технико-экономических показателей применения высокоуступной технологии на примере конкретных условий разрезов ОАО «СУЭК»;

Методы исследований: научное обобщение, систематизация анализируемых расчётных, экспериментальных и статистических данных, графоаналитический силовой анализ, методы математической статистики, стендовые эксперименты, натурные испытания.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

• проведением и положительными результатами инструментальных и эксплуатационных испытаний этой технологии и опытно-промышленного образца выемочно-погрузочного драглайна ЭШП 10/70 на угольном разрезе «Харанорский»;

• проведением предпроектной проработки и оценкой новых технологических схем применительно к конкретным горнотехническим условиям угольных разрезов «Харанорский», «Тугнуйский».

Научные положения, выносимые на защиту:

• технологической особенностью высокоуступной технологии горных работ является формирование рабочего борта, которое за счёт увеличенной высоты уступа, его отработки нижним черпанием и расположения транспортных коммуникаций на верхней площадке уступа, обеспечивает более благоприятную его конфигурацию, увеличение угла откоса рабочего борта, снижение количества уступов и транспортных горизонтов, уменьшение суммарной ширины рабочей площадки;

• полученные в работе закономерности и аналитические взаимозависимости параметров горных работ качественно и количественно отражают особенности высокоуступной технологии и могут являться базой для обоснования эффективных технологических схем этой технологии;

• обоснованные в работе технологические схемы высокоуступной технологии обеспечивают снижение подвигания фронта и текущих объёмов вскрышных работ, ресурсосбережение и улучшение организации горного производства в различных горнотехнических условиях.

Научная новизна работы:

• установлены закономерности и особенности формирования уступов и рабочего борта при высокоуступной технологии горных работ, получены аналитические зависимости взаимовлиянии параметров и показателей этой технологии;

• показано, что одним из основных преимуществ высокоуступной технологии является снижение текущих объёмов вскрышных работ, которое обеспечивается за счёт:

- позитивного изменения конфигурации рабочего борта в процессе его формирования при проходке разрезных траншей, реконструкции рабочего борта или нарезке новых горизонтов;

- увеличения угла откоса рабочего борта и связанного с этим снижения подвигания фронта вскрышных работ по всей высоте вскрышной зоны.

• разработана методика определения величины снижения текущих объёмов вскрышных работ в зависимости от исходных горнотехнических условий

Личный вклад автора состоит:

• в обосновании выбора высокоуступной технологии, как одного из наиболее перспективных направлений инновационного развития технологии открытых горных работ;

• в оценке особенностей формирования рабочего борта при высокоуступной технологии, разработку методики и расчёт параметров горных работ, их анализ и разработку соответствующих технологических схем использования новой технологии в различных горно-геологических условиях;

• в обосновании конструктивно-компоновочных схем и параметров перспективных образцов выемочно-погрузочных драглайнов.

Практическое значение работы заключается:

• в обосновании эффективности внедрения на горных предприятиях (в частности на угольных разрезах ОАО «СУЭК») высокоуступной технологии с использованием выемочно-погрузочных драглайнов;

• в возможности использовании полученных зависимостей и методик расчета для оценки и выбора рациональных параметров и показателей применения высокоуступной технологии;

Реализация результатов работы.

Результаты проведённых исследований были реализованы при внедрении высокоуступной технологии и опытно-промышленного образца выемочно-погрузочного драглайна ЭШП 10/70 на угольном разрезе «Харанорский» ОАО «СУЭК» и могут быть использованы в дальнейшем при внедрении высокоуступной технологии иа других разрезах ОАО «СУЭК» и на горных предприятиях других регионов и отраслей горного производства.

Апробация работы. Основные положения выполненной диссертационной работы докладывались на семинарах Отделения открытого способа добычи твёрдых полезных ископаемых ННЦ ГП - ИГД им. А. А. Скочинского (Люберцы, 2008 -2009 гг.), на семинаре технических директоров предприятий открытой угледобычи ОАО «СУЭК» (Владивосток, 2009 г.), на угольном разрезе «Харанорский» (Шерлова гора, 2008-2009 гг.), на конференции «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2009 г.) на Международной научно-практической конференции «Современное оборудование для добычи и обогащения полезных ископаемых» в ЗАО «НКМЗ» (Краматорск, Украина, 2009 г.).

Результаты работы прошли апробацию в производственных условиях в процессе опытно-промышленной эксплуатации ВПД на угольном разрезе «Харанорский» (2009-2010 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы в рекомендованных ВАК РФ изданиях - 4, в прочих печатных изданиях - 3, всего 7 печатных работ.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников из 7 наименований и содержит 142 страниц машинописного текста, 39 рисунков и 19 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Оценка технического состояния открытого способа добычи угля на

разрезах компании ОАО «СУЭК», которые при проводимых исследованиях приняты в качестве базы и примера.

Эта оценка показала, что в силу целого ряда объективных и субъективных причин на угольных разрезах компании, так же как на угольных разрезах других регионов РФ, накопился целый ряд проблем и задач, которые ограничивают возможности их дальнейшего эффективного функционирования и развития. К числу таких проблем, в первую очередь, следует отнести значительный физический и моральный износ основного технологического оборудования, его технический уровень и степень производительного использования.

Проведенный анализ показал, что на угольных разрезах ОАО «СУЭК» усреднённый нормативный износ всего экскаваторного оборудования компании составляет в настоящее время 135% по назначенному сроку службы и 91% по назначенному ресурсу (в объёмах горной массы). Из 254 единиц находящихся в эксплуатации экскаваторов 208 единиц (82%) уже исчерпали свой нормативный срок службы. На базе оценки фактических данных показано, что увеличение, сверхнормативного, срока службы оборудования приводит к заметному ухудшению его эксплуатационных показателей.

В целях объективной оценки фактического состояния оборудования и всего процесса горного производства в качестве критерия был принят показатель фактической наработки и использования экскаваторов по их расчётной производительности Кип взамен обычно применяемого показателя по времени нахождения экскаваторов в работе.

где - продолжительность основных составляющих календарного фонда времени (работа, технологические и организационные потери времени, ППР и ТО, отказы и др.).

Предложена методика определения этого показателя и оценки дифференцированного влияния на него отдельных элементов производственного процесса. Показано, что фактическое использование экскаваторов по их нормированным техническим возможностям составляет всего 15-20% для транспортных и 30-35% для бестранспортных систем разработки. На основе проведенного анализа сделан вывод, что решение имеющихся проблем и обеспечение эффективности функционирования предприятий открытой угледобычи должно идти по пути внедрения новых инновационных технических решений.

В ограниченных рамках диссертационной работы из возможных вариантов решения стоящих перед отраслью задач нами была выбрана, как одна из наиболее эффективных, новая, начинающая развиваться, высокоуступная технология с использованием выемочно-погрузочных драглайнов и её применение при наиболее ресурсоёмкой транспортной системе разработки.

п

К

ип

о ■ т

тех кал

1 = 1

При выполнении данной диссертационной работы был использован большой отечественный и зарубежный опыт развития открытого способа добычи твёрдых полезных ископаемых и основополагающие фундаментальные и прикладные работы отечественных учёных, таких как Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, К.Н.Трубецкой, А.Д.Рубан, К.Е.Виницкий, Ю.И.Беляков, В.М.Владимиров, Р.Ю.Подэрни, В.С.Коваленко, Ю.И.Анистратов, М.И.Щадов и др. Непосредственно в более узкой области высокоуступной технологии необходимо отметить работы К.Н.Трубецкого, А.Д.Рубана, Н.П.Сеинова, А.И.Шендерова, Ю.П.Самородова, Ю.Л.Шахмейстера, И.Г.Зандмана, Н.И.Завьялова, Н.Н.Киселёва, И.А.Сидоренко, А.Н.Домбровского, В.В.Перелыгина.

Выполненная диссертационная работа является продолжением и развитием этих работ и затрагивает, главным образом, аспекты непосредственно высокоуступной технологии (ВУТ) и её технологических схем.

В отличие от ранее выполненных работ в диссертационной работе рассматривается формирование рабочего борта при реальной многоуступной схеме ВУТ.

Определение параметров и технико-экономических показателей применения высокоуступной технологии

Под высокоуступной технологией понимается транспортная система разработки с отработкой уступов повышенной высоты нижним черпанием с прицельной погрузкой горной массы в транспортные средства.

В обобщённом виде ВУТ обеспечивает:

- практически двукратное, до 30-35 м, увеличение высот отрабатываемых уступов с соответствующим сокращением количества уступов и транспортных горизонтов;

- расположение рабочих площадок и транспортных коммуникаций не на нижней, а на верхней площадке отрабатываемого уступа.

Отмеченные особенности высокоуступной технологии обеспечивают сокращение дальности транспортирования и высоты подъёма горной массы, уменьшение количества рабочих площадок, протяжённости транспортных коммуникаций в разрезе и потребного количества транспортных средств, снижение объёмов буровзрывных работ и др. Эти преимущества могут быть оценены снижением издержек производства на 10-15%.

На защиту выносится положение о том, что технологической особенностью ВУТ является формирование рабочего борта, которое за счёт более благоприятной его конфигурации и увеличенного угла откоса обеспечивает, по сравнению с традиционной технологией, снижение потребного подвига-ния фронта и текущих объёмов вскрышных работ.

Технологические схемы формирования рабочего борта, приведенные на рисунке 1, наглядно иллюстрируют принципиальные отличия высокоуступной и традиционной технологий. Для количественной оценки этого отличия были получены приведенные в таблице 1 аналитические зависимости, свя-

зывающие между собой параметры и показатели горных работ при формирований рабочего борта.

Традиционная технология

Высокоуступная технология

Конечный \ профиль

\

UlL Zl л |< " »1 > * >| 4 -ш—.—ь Л [ Ш" 4 А К m ►

к! i С L J ' -f- г 0 / К Л а/ ^¡V 1

■£ 1

< к »LЛ ► 4— 2(11&+А*Г)

Конечный профиль

Рисунок 1 - Формирование рабочего борта

Для удобства сравнительной оценки здесь и в дальнейшем объёмы вскрышных работ приводятся к 1 пог. м длины их фронта.

По полученным аналитическим зависимостям выполнены расчёты в диапазоне изменения высот уступов от 5 до 35 м. Их результаты графически проиллюстрированы на рис. 2.

Орв-ераЭ.

—- ---"

Kf. та

5 10 ^ ТРГо&л ^ 15 20 25 30 ^ ТРГ Лее ^

Л1С, ы/пог. ы

V»—£-

avr вут.евр <200

ТРГ

7РГ.БВР

Н..Ы SS

✓у /у

ЛМЭ

н»«

IS Я IS 30 31

Рисунок 2 - Зависимость углов откоса рабочего борта от высоты уступа

Проведенный анализ показал позитивное влияние увеличения высоты отрабатываемого уступа на основные технико-экономические показатели горных работ. Особенно заметно это позитивное влияние проявляется при высо-

тах уступов, превышающих максимально возможную высоту экскаваторов типа ЭКГ.

В работе рекомендованы возможные и целесообразные технологические схемы ВУТ применительно к различным горнотехническим условиям.

Среди этих схем наиболее подробно рассмотрены и выносятся на защиту технологические схемы отработки надугольной зоны при углубке горных работ (нарезке новых горизонтов) и при реконструкции (перестройке) рабочего борта,, а также полученные аналитические зависимости и методика определения взаимовлияния их параметров и показателей.

Технологическая схема отработки надугольной зоны при наклонном залегании угольного пласта и нарезке нового горизонта выемочно-погрузочным драглайном представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Отработка надугольной зоны

В общем случае применительно к этим условиям отрабатываемую на-дугольную толщу можно разделить на три характерные зоны:

1-я зона - углубочная, отработка которой обеспечивает нарезку нового горизонта и зачистку угольного пласта. Высота уступа при отработке этой зоны изменяется от нуля до назначенной величины углубочного уступа Ну.

2-я зона в начале рассматриваемого периода располагается над углубоч-ным уступом и характеризуется существующей технологической схемой вскрышных работ. Её высота Н0 остаётся постоянной при всех последующих циклах.

3-я зона характеризуется высотами уступов Нп, нарезанных в процессе предыдущих циклов рассматриваемого периода.

С учётом этих особенностей аналитические зависимости и методика определения взаимовлияния параметров и показателей горных работ приведёны в таблице 1.

Таблица 1 - Аналитические взаимозависимости параметров и показателей вскрышных работ при отработке надугольной зоны наклонных пластов полезного ископаемого

Показатели Традиционная технология с использованием экскаваторов типа ЭКГ Высокоуступяая технология с использованием выемочяо-погрузочных драглайнов Разность показателей традиционной и высокоуступной технологий

отработка одним уступом Ну < Н1тах отработка двумя уступами (подуступами) Ну > !{,„„ отработка одним уступом отработка двумя уступами

1 Угол откоса рабочего борта, «ре, град аха$ 1 /(Шрп/Ну+с^а^ агаз V (2Шр,,/ Ну+ а/) arctg 1 / (ШР„ / Нт ++ ctg oty1) Opj'-Opi' Срб" - Ctp6T

2 Подвигание фронта вскрышных работ за цикл углубки, м 1 1 Н,(-+---) «В Р '«V 1 1 Пу(-- >---) tgß tg Op5 И,-(ctgu^'-ctga,«') HyictgOy'-ctäOy'j+mp,

3 Объёмы вскрышных работ, М'/ПОГ.М 3.1 Уг лубочный уступ, Н* Н^ — + Шр„Ну + -— 218 0 218 а,' Н/ ЗШр„- Ну^ Ну5 2гг Р 2 21га,т Ну2 н.2 —+ А • Ну +- ——-2tg 3 2tg o,' HyfllV-A)* + Ну2/2 - (ctg а/ - ctg ctjB) Ну ■ (ЗШрт/2 - А)+ +H/2-(ctgayT-ctgdy*)

3.2 Вышележащие существующие уступы, \тм Но • 1,Т Ho-l," Но ■ Ну ■ (ctg aTflT-ctgaP6l)

3 3 Предварительно нарезанные уступы, У|В Н, •(■>,-О I.' Ну • (Пц- 1) • 1,Т Н,2 • (n„ -1) • (ctg о^'- ctg V )

3.4 Суммарный ООъёМ, У,.гун V.,' +■ V.„' + V.,1 AVVcy« = AV.. + + AV„

Конечным результатом расчётов и критерием для сравнительной оценки являются:

- расчётный угол откоса рабочего борта -

- подвигание фронта вскрышных работ - 1в

- объём подлежащих выполнению вскрышных работ - V„

- и их разность при ВУТ и ТРТ - ДУВ Результаты выполненных расчётов в широком диапазоне исходных параметров проиллюстрированы на рисунке 4.

V., мУггог. м

Рисунок 4 - Изменение объёмов вскрышных работ в зависимости от конечной высоты уступа за цикл (первый цикл), (3=15°

Анализ полученных результатов позволяет отметить следующее: 1) Подвигание фронта вскрышных работ по верхней площадке углубоч-ного уступа «1в» при наклонном залегании пласта полезного ископаемого всегда больше подвигания фронта горных работ по кровле пласта l,i = H/sin ß

■ ß"

L = L

cos ß +

sin tg а

pu У

Величина этого подвигания при прочих равных условиях уменьшается с увеличением угла откоса рабочего борта.

Этот вывод является принципиально важным, поскольку во многом определяет целесообразность применения ВУТ.

2) Применение ВУТ по сравнению с ТРТ при отработке надугольной зоны наклонных пластов полезного ископаемого обеспечивает сокращение текущих объёмов вскрышных работ, в том числе:

- по углубочному уступу - за счёт изменения конфигурации рабочего борта;

- по всем вышележащим уступам - за счёт увеличения угла откоса рабочего борта и уменьшения, в связи с этим, потребного подвигания фронта вскрышных работ.

3) Во всём диапазоне рассматриваемых условий потребные объёмы вскрышных работ при ВУТ снижаются в 1,5-2,0 раза при увеличении высоты уступа с 15 до 30 м.

Рассмотрена также технологическая схема перестройки (реконструкции) рабочего борта, предусматривающая сдваивание существующих уступов, отрабатываемых по традиционной технологии, и замену экскаваторов типа ЭКГ на выемочно-погрузочные драглайны с отработкой сдвоенных уступов нижним черпанием (рисунок 5). При такой перестройке рабочего борта работы на верхнем уступе существующей технологии прекращаются, а на следующем за ним нижнем уступе продолжаются до обеспечения конфигурации уступа, соответствующей высокоуступной технологии.

Применительно к общему случаю реализации этой схемы получена аналитическая зависимость, связывающая параметры и показатели горных работ. Эта зависимость имеет вид:

ДК = / •

+0,5 -п

Ш"

р»

н;

м3/пог. м

Здесь: ЛУ„ - снижение объёма вскрышных работ за весь рассматриваемый период

па— количество образуемых при перестройке уступов ВУТ [„ - подвигание фронта вскрышных работ по нижней площадке нижнего - перестраиваемого уступа ТРТ

1=Н

1

Ъ«

Рб

1

tga

\

рб J

Выполненные по этим формулам расчёты показали (см. рисунок 6), что рассматриваемая перестройка рабочего борта в процессе её осуществления обеспечивает значительное (50% и более) сокращение объёмов

вскрышных работ. В последующие , после перестройки, периоды на этом уступе будет иметь место снижение эксплуатационных расходов в силу отмеченных выше общих преимуществ ВУТ.

71,8 143,6 215,4 287,2

Рисунок 6,- Изменение объёмов вскрышных работ при перестройке рабочего борта в зависимости от количества перестраиваемых уступов

Выполненный и проведённый сравнительный анализ отработки слабоустойчивых горных пород показал, что применение выемочно-погрузочных драглайнов по сравнению с экскаваторами типа ЭКГ может обеспечить значительно более благоприятные условия работы в части величин углов откоса уступов и рабочего борта, а также формы откоса уступа (рисунок 7).

Рисунок 7 -. Конфигурация откоса уступа при отработке слабоустойчивых пород Кроме того выемочно-погрузочные драглайны по сравнению с экскаваторами типа ЭКГ имеют значительно меньшие (примерно в два раза) удель-

ные давления на грунт, что является весомым позитивным фактором при разработке слабых горных пород.

Разработка и обоснование критериев и технологических требований к экскавационному оборудованию для высокоуступной технологии.

Обоснована функциональная направленность этого оборудования;

- возможность отработки высоких, до 30-35 м, уступов нижним черпанием;

- возможность погрузки экскавируемой горной массы в транспортные средства, располагаемые на верхней площадке отрабатываемого уступа;

- осуществление прицельной, по команде машиниста, разгрузки ковша в заданной зоне вдоль стрелы (в отличии от традиционной для драглайнов самопроизвольной разгрузки ковша в зоне наибольшего радиуса действия экскаватора у головы стрелы);

- отсутствие заметных перемещений ковша в процессе его разгрузки.

В настоящее время этим требованиям в полной мере не отвечает ни один из имеющихся типов одноковшовых экскаваторов.

Для осуществления изложенных общих принципов создания экскаваци-онного оборудования для ВУТ в ИГД им. А.А.Скочинского и ИПКОНе были обоснованы технические решения, предусматривающие создание новой разновидности экскавационного оборудования - выемочно-погрузочных драглайнов (ВПД), сочетающих в себе достоинства как экскаваторов типа «драглайн» (способность отрабатывать высокие уступы нижним черпанием), так и карьерных экскаваторов типа «лопата» (способность прицельной разгрузки ковша в транспортные средства).

Базовой машиной по конструктивно-компоновочной схеме и принципам осуществления рабочих операций для новой машины является «драглайн». В настоящее время наметились два направления конструктивного исполнения ВПД.

Первое направление (рисунок В) предусматривает оснащение существующих конструкций драглайнов дополнительным устройством прицельной погрузки (УПП). Машина становится универсальной и может использоваться как для погрузки в транспортные средства при транспортных системах разработки, так и для разгрузки в отвал при бестранспортной системе. Вместимость ковша таких ВПД ограничивается диапазоном 6-14 м3. Оснащаться УПП могут как экскаваторы, находящиеся в эксплуатации, так и экскаваторы при их изготовлении на заводе.

Второе направление (рисунок 9) предусматривает создание ВПД специализированного назначения (их иногда называют «кранлайнами») с изменением общей конструктивной схемы и отдельных узлов базовой машины. Отличительной особенностью этого типа ВПД является расположение блоков дополнительного каната на стреле и оснащение драглайна ковшом с открывающимся днищем. Вместимость ковша такой машины принципиально не ограничивается.

Рисунок 8,- Конструктивно-компоновочная схема выемочно-погрузочного драглайна универсального назначения и схема расположения возможных зон разгрузки

ковша

На первом этапе ВУТ была принята ориентация на универсальный тип ВПД, в силу чего настоящая диссертация, в основном, связана с исследованиями данного типа ВПД.

На базе проведенного анализа возможных горнотехнических условий применения ВУТ обоснованы параметры перспективных образцов ВПД:

- длину стрелы 60-70 м, обеспечивающую высоту отрабатываемых уступов 30-35 м;

- вместимость ковша 10-14 м3 для машин универсального назначения и 20-30 м3 для машин специализированного назначения.

В качестве базовых рекомендуется использовать модели драглайнов, выпускаемые заводами НКМЗ и Уралмаш.

ПоиъышОчтт

драглайна специализированного назначения

Для оценки новой разновидности экскавационного оборудования был создан опытно-промышленный образец такой машины универсального типа на базе находящегося в эксплуатации драглайна ЭШ 10/70 с оснащением его

устройством прицельной погрузки. Этот экскаватор был введён в эксплуатацию на угольном разрезе «Харапорский».

Оценивая количественные и качественные результаты проведённых инструментальных и эксплуатационных испытаний ВПД можно отметить следующее:

- принятые в проекте и реализованные на машине режимы работы устройства прицельной погрузки обеспечивают нормальную работу экскаватора при всех составляющих цикла экскавации, включая процесс прицельной погрузки ковша. Продолжительность непосредственной разгрузки ковша составляла во время испытаний 5-6 с. Перемещение кромки ковша при этом незначительное (в пределах до 0,3-0,5 м).

- оснащение драглайна ЭШ 10/70 устройством прицельной погрузки обеспечивает возможность безопасной прицельной разгрузки экскавируемой горной массы в транспортные средства, размещаемые в заданной зоне вдоль стрелы экскаватора. При необходимости ВПД обеспечивает возможность отсыпки экскавируемой горной массы в отвал или на борт уступа по параметрам базовой машины.

По результатам испытаний выемочно-погрузочный драглайн ЭШП 10/70 был принят в промышленную эксплуатацию. Его тип рекомендован для дальнейшего внедрения на других горных предприятиях.

Количественная и качественную оценка представленных рекомендаций и подтверждение преимуществ высокоуступной технологии.

Такая оценка выполнена на примере конкретных горнотехнических условий угольных разрезов «Тугнуйский» и «Харанорский» ОАО «СУЭК» (см. рисунок 10).

Рисунок 10 - Разрез «Харанорский». Углубка горных работ и перестройка рабочего борта

Конечные результаты выполненных расчётов применительно к двум циклам углубочных работ приведены в таблице 2.

Приведённые в таблице данные свидетельствуют о высокой эффективности применения новой высокоуступной технологии.

Таблица 2 - Расчётные показатели применения ВУТ

Разрез «Харанорский» Разрез «Тугнуйский»

Показатели 1 -ый цикл 2-ой цикл Суммарно 1-ый и 2-ой циклы 1-ый цикл 2-ой цикл Суммарно 1-ый и 2-он циклы

А. Углубка горных работ Снижение подвигания

фронта вскрышных работ, м 90 90 180 41 41 82

Снижение объёмов вскрыш- 16680 23160 39840 4340 5860 10200

ных работ, тыс. м1 (27,3%) (28,1%) (27,7%) (15,4%) (14,8%) (15,1%)

Уменьшение эксплуатаци- 710 970 1680 213 282 495

онных расходов, млн. руб (29,0%) (29,4%) (29,2%) (16,8%) (15,8%) (16,2%)

Снижение себестоимости

добычи угля, руб/т 32,9 44,9 38,9 28,4 37,6 33,0

Б. Перестройка рабочего борта Снижение объёмов вскрыш- 14180 14180 3700 3700

ных работ, тыс. м1 (30,0%) (16,0%) (16,0%)

Уменьшение эксплуатаци- 425 110 525 119 103 222

онных расходов, млн. руб (22,4%) (11,4%) (21,3%)

Снижение себестоимости

добычи угля, руб/т 19,7 5,1 12,4 15,9 13,7 14,8

В. Одновременная углубка

горных работ и перестройка рабочего борта Снижение объёмов вскрыш- 30860 23160 54000 8040 5860 13900

ных работ, тыс. м3 (50,5%) (28,1%) (37,6%) (28,6%) (14,8%) (20,5%)

Уменьшение эксплуатаци- 1135 1080 2215 332 385 717

онных расходов, млн. руб (46,4%) (32,8%) (38,6%) (26,2%) (21,6%) (23,5%)

Снижение себестоимости

добычи угля, руб/т 52,5 50,0 51,3 443 513 47,8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-исследовательской работой, изложено решение актуальной задачи обоснования технологических схем выокоуступной технологии с применением выемочно-погрузочныых драглайнов для повышения эффективности горного производства.

Основные научные и практические результаты работы:

1. Научно обоснованы и разработаны методические подходы к формированию рабочего борта и выбору рациональных параметров горных работ, обеспечивающих преимущество высокоуступной технологии по сравнению с существующей традиционной, в том числе:

- практически двукратное (до 30-35 м) увеличение высоты уступов, отрабатываемых нижним черпанием;

- увеличение угла откоса и позитивное изменение конфигурации рабочего борта;

- расположение рабочих площадок и транспортных коммуникаций не на нижней, а на верхней площадке отрабатываемого уступа, снижение их количества и протяжённости;

- снижение текущих объёмов вскрышных работ и эксплуатационных расходов.

2. Предложены технологические схемы использования высокоуступной технологии в различных горнотехнических условиях. Подробно рассмотрены специфические и технологические схемы горных работ при формировании или реконструкции рабочего борта, при нарезке новых горизонтов и отработке надугольной вскрышной зоны при наклонном залегании полезного ископаемого, при отработке слабоустойчивых горных пород .

3. Применительно к указанным технологическим схемам установлены и проанализированы аналитические зависимости, определяющие степень увеличения угла откоса рабочего борта и снижение объёма вскрышных работ при применении высокоуступной технологии в различных горнотехнических условиях.

4. Показано, что одним из основных преимуществ высокоуступной технологии является снижение текущих объёмов вскрышных работ, которое обеспечивается:

- за счёт позитивного изменения конфигурации рабочего борта в процессе его формирования при проходке разрезных траншей, реконструкции рабочего борта или нарезке новых горизонтов;

- за счёт увеличения угла откоса рабочего борта и связанного с этим снижения потребного подвигания фронта вскрышных работ по всей высоте надугольной зоны.

5. На базе проведенных расчётов и экспериментов подтверждена целесообразность создания новой разновидности экскавационного оборудования -выемочно-погрузочных драглайнов, обеспечивающих возможность прицельной, по команде машиниста, погрузки горной массы в транспортные средства в заданной зоне. Применительно к этим машинам обоснованы и рекомендованы параметры их перспективных типоразмеров.

6. Инструментальные и эксплуатационные испытания опытно-промышленного образца выемочно-погрузочного драглайна ЭШП 10/70 на угольном разрезе «Харанорский» показали, что конструктивно-компоновочная схема и параметры драглайнов, оснащённых устройством прицельной погрузки, обеспечивают своё функциональное значение и могут эффективно использоваться в промышленных условиях в схемах высокоуступной технологии. По результатам проведенных испытаний выемочно-погрузочный драглайн был принят в промышленную эксплуатацию.

7. Выполнена привязка и технико-экономическая оценка применения высокоуступной технологии к конкретным горнотехническим условиям угольных разрезов «Харанорский» и «Тугнуйский», показавшая её высокую эффективность (уменьшение на 20-40% текущих объёмов вскрышных работ и эксплуатационных расходов, снижение себестоимости добычи угля усред-нённо на 50 руб/т и др.).

Основные положения и выводы диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Опанасенко П.И. Исследование закономерностей изменения показателей работы карьерных автосамосвалов в течение сроков их эксплуатации. / Соавторы Ю.Ф. Руденко, Ю.М. Мишин, А.Б. Исайченков, К.Ю. Анистратов // Уголь - 2008 г. - № 7 -С 58-63.

2. Опанасенко П.И. Аспекты инновационной направленности развития угольных разрезов ОАО «СУЭК» / Соавторы В.Б. Артемьев, Г.М. Цинош-кин, А.И. Шендеров // Уголь - 2009 г. -№ 2 -С. 13+18.

3. Опанасенко П.И. Особенности бурозвзрывной подготовки горного массива при высокоуступпой технологии вскрышных работ с использованием выемочно-погрузочных драглайнов. Соавтор И.Ф.Жариков / Сб. «Взрывное дело» № 99/56. - М. - 2008 г. - С 80-83.

4. Опанасенко П.И. Разработка инженерных методов расчёта параметров БВР. Соавтор И.Ф.Жариков / Сб. «Взрывное дело» № 100/57. - М,- 2008 г. -С 189-196.

Публикации в других изданиях:

5. Опанасенко П.И. Оценка эффективности применения выемочно-погрузочных драглайнов на угольных разрезах Восточной Сибири. /Соавтор А.И. Шендеров / Науч. сооб. / ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского. - М. -2007 г. - Вып. 333 - С 44+58.

6. Опанасенко П.И. Использование выемочно-погрузочных драглайнов для разработки слабоустойчивых горных пород. // Науч. сооб. / ННЦ ГП -ИГД им. А.А.Скочинского. - М. -2008 г. - Вып. 337 -С 76+84.

7. Опанасенко П.И. Результаты испытаний и опытно-промышленной эксплуатации выемочно-погрузочного драглайна на разрезе «Харанорский». / Соавторы А.И. Шендеров, Ю.Л. Шахмейстер, Е.А. Этингоф, Н.П. Полянский, М.Г. Потапов, // Науч. сооб. / ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского. -М. -2008 г. - Вып. 334 - С 66+75.

Подписано в печать 02.08.2010. Формат 60x90/16. Печать цифровая. Бумага «Performer». Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 8561.

Отпечатано в ФГУП «Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ», 140010, г. Люберцы Московской обл., Октябрьский пр-т, 403. Тел. 554-21-86

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Опанасенко, Пётр Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОТКРЫТОГО СПОСОБА ДОБЫЧИ УГЛЯ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ ОАО «СУЭК» И ВОЗМОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ЕГО ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ

1.1 Общие показатели работы и состояние угольных разрезов ОАО «СУЭК» и возможные направления их дальнейшего технического развития.

1.2 Оценка возрастной структуры применяемого экскавационно-го оборудования и возможные направления его обновления

1.3 Выбор критерия производительного использования оборудования, как одного из основных показателей технического уровня горного производства.

1.4 Выбор тематической направленности диссертационной работы

Выводы.

Глава 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОУСТУПНОЙ ТЕХНОЛОГИИ.

2.1 Технологические особенности и расчётно-аналитическая оценка способов формирования рабочего борта при высокоуступной технологии, рациональные технологические схемы её применения.

2.2 Расчётно-аналитические зависимости для определения параметров и показателей горных работ и анализ их взаимовлияния при использовании высокоуступной технологии для нарезки новых горизонтов (углубке горных работ)

2.3 Расчётно-аналитические зависимости для определения и анализа параметров и показателей горных работ при реконструкции рабочего борта с увеличением высот отрабатываемых уступов и заменой карьерных экскаваторов на выемоч-но-погрузочные драглайны.

2.4 Сравнительный анализ возможных параметров уступов и рабочего борта при разработке слабоустойчивых горных пород с использованием карьерных экскаваторов и выемоч-но-погрузочных драглайнов.

Выводы.

Глава 3 ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-КОМПОНОВОЧНЫХ СХЕМ И ПАРАМЕТРОВ НОВОЙ РАЗНОВИДНОСТИ ЭКСКАВАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ - ВЫЕ-МОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫХ ДРАГЛАЙНОВ.

3.1 Обоснование принципов создания и использования выемоч-но-погрузочных драглайнов.

3.2 Экспериментальные исследования опытно-промышленного образца выемочно-погрузочного драглайна ЭШП 10/70.

3.3 Определение параметров и перспективных моделей выемоч-но-погрузочных драглайнов.

Выводы.

Глава 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И ТЕХНИ-КО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОУСТУПНОЙ ТЕХНОЛОГИИ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ ОАО «СУЭК»

4.1 Угольный разрез «Тугнуйский».

4.2 Угольный разрез «Харанорский».

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование технологических схем высокоуступной технологии вскрышных работ с применением выемочно-погрузочных драглайнов при транспортных системах разработки"

Стратегическая направленность перспективного развития энергии РФ до 2020 и 2030 гг. предусматривает увеличение доли угля в общем топливном балансе страны, что потребует соответствующего развития угольных предприятий и повышения объёмов его добычи. Доминирующая роль в этом процессе принадлежит открытому способу добычи, которая должна возрасти с 65 до 7075%.

В тоже время на предприятиях открытой угледобычи в настоящее время накопился целый ряд негативных тенденций и проблем к числу которых в первую очередь следует отнести значительный износ основного технологического оборудования, его низкое эксплуатационное использование и высокую ресур-соёмкость. Намечаемое развитие отрасли несомненно потребует кардинального решения этих проблем, которое должно будет базироваться на широком внедрении инновационных технических решений. Учитывая превалирующее распространение при открытой угледобычи транспортной системы разработки (до 65-70%) и её относительно высокую ресурсоёмкость, особое внимание при разработке и внедрении инновационных технических решений должно быть сосредоточено на этой системе.

Исходя из этого в настоящей диссертационной работе в качестве объекта исследований выбрана начинающая развиваться новая и перспективная технологическая разновидность транспортной системы разработки - высокоуступная технология. При выполнении настоящей диссертационной работы эта технология рассматривается не изолированно, а в увязке с общим состоянием горных работ и в сравнении с существующими традиционными технологиями.

При выполнении работы использован накопленный опыт эксплуатации и развития открытого способа добычи твёрдых полезных ископаемых, а так же фундаментальные и прикладные научные работы отечественных учёных, относящиеся к тематике диссертации, в том числе: Н. В. Мельникова, В. В. Ржевского, К. Н. Трубецкого, А. Д. Рубана, Ю. И. Анистратова, В. Б. Артемьева,

Ю. И. Белякова, К. Е. Виницкого, В. М. Владимирова, А. Н. Домбровского, И. Ф. Жарикова, Н. И. Завьялова, О. Ю. Калашникова, Н. Н. Киселёва, В. С. Коваленко, И. Л. Мордуховича, В. В. Перелыгина, Р. Ю. Подэрни, М. Г. Потапова, Ю. П. Самородова, Н. П. Сеинова, И. А. Сидоренко, Ю. JI. Шахмейсте-ра, А. И. Шендерова, В. М. Штейнцайга, М. И. Щадова, Е. А. Этингофа и др. В целом выполненная диссертационная работа характеризуется следующим.

Общая характеристика работы

Актуальность работы Анализ технического состояния открытой угледобычи на угольных разрезах показывает, что значительный физический и моральный износ основного технологического оборудования, его низкий технический уровень и невысокая степень производительного использования серьёзно ограничивают возможности дальнейшего эффективного функционирования и развития разрезов.

В диссертационной работе рассмотрена новая, начинающая развиваться, высокоуступная технология с использованием выемочно-погрузочных драглайнов, способная обеспечить эффективное развитие горного производства. Поэтому представленная работа, направленная на обоснование эффективных технологических схем и параметров такой технологии является весьма актуальной.

Целью работы является обоснование технологических схем высокоуступной технологии вскрышных работ с применением выемочно-погрузочных драглайнов, обеспечивающих снижение ресурсоёмкости и повышение эффективности горного производства.

Идея работы заключается в построении эффективных технологических схем высокоуступной технологии, базирующихся на установленных закономерностях и взаимозависимостях параметров горных работ применительно к характерным горнотехническим условиям их применения.

Задачи исследования:

• анализ фактического технического состояния открытой угледобычи на предприятиях ОАО «СУЭК», выбранных в качестве базы и примера для исследований;

• разработка методики объективной оценки эффективности использования технологического оборудования;

• обоснование возможных и рациональных технологических схем высокоуступной технологии применительно к различным горнотехническим условиям;

• сравнительный анализ новой (высокоуступной) и традиционной технологий на базе установленных зависимостей взаимовлияния параметров горных работ;

• оценка возможных конструктивно-компоновочных схем выемочно-погрузочных драглайнов, анализ и обоснование параметров их перспективных образцов;

• проведение инструментальных и эксплуатационных испытаний опытно-промышленного образца выемочно-погрузочного драглайна ЭШП 10/70 в производственных условиях;

• оценка технико-экономических показателей применения высокоуступной технологии на примере конкретных условий разрезов ОАО «СУЭК»;

Методы исследований: научное обобщение, систематизация анализируемых расчётных, экспериментальных и статистических данных, графоаналитический силовой анализ, методы математической статистики, стендовые эксперименты, натурные испытания.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

• проведением и положительными результатами инструментальных и эксплуатационных испытаний этой технологии и опытно-промышленного образца выемочно-погрузочного драглайна ЭШП 10/70 на угольном разрезе «Харанор-ский»;

• проведением предпроектной проработки и оценкой новых технологических схем применительно к конкретным горнотехническим условиям угольных разрезов «Харанорский», «Тугнуйский».

Научные положения, выносимые на защиту:

• технологической особенностью высокоуступной технологии горных работ является формирование рабочего борта, которое за счёт увеличенной высоты уступа, его отработки нижним черпанием и расположения транспортных коммуникаций на верхней площадке уступа, обеспечивает более благоприятную его конфигурацию, увеличение угла откоса рабочего борта, снижение количества уступов и транспортных горизонтов, уменьшение суммарной ширины рабочей площадки;

• полученные в работе закономерности и аналитические взаимозависимости параметров горных работ качественно и количественно отражают особенности высокоуступной технологии и могут являться базой для обоснования эффективных технологических схем этой технологии;

• обоснованные в работе технологические схемы высокоуступной технологии обеспечивают снижение подвигания фронта и текущих объёмов вскрышных работ, ресурсосбережение и улучшение организации горного производства в различных горнотехнических условиях.

Научная новизна работы:

• установлены закономерности и особенности формирования уступов и рабочего борта при высокоуступной технологии горных работ, получены аналитические зависимости взаимовлиянии параметров и показателей этой технологии;

• показано, что одним из основных преимуществ высокоуступной технологии является снижение текущих объёмов вскрышных работ, которое обеспечивается за счёт:

- позитивного изменения конфигурации рабочего борта в процессе его формирования при проходке разрезных траншей, реконструкции рабочего борта или нарезке новых горизонтов;

- увеличения угла откоса рабочего борта и связанного с этим снижения подвигания фронта вскрышных работ по всей высоте вскрышной зоны.

• разработана методика определения величины снижения текущих объёмов вскрышных работ в зависимости от исходных горнотехнических условий

Личный вклад автора состоит:

• в обосновании выбора высокоуступной технологии, как одного из наиболее перспективных направлений инновационного развития технологии открытых горных работ;

• в оценке особенностей формирования рабочего борта при высокоуступной технологии, разработку методики и расчёт параметров горных работ, их анализ и разработку соответствующих технологических схем использования новой технологии в различных горно-геологических условиях;

• в обосновании конструктивно-компоновочных схем и параметров перспективных образцов выемочно-погрузочных драглайнов.

Практическое значение работы заключается:

• в обосновании эффективности внедрения на горных предприятиях (в частности на угольных разрезах ОАО «СУЭК») высокоуступной технологии с использованием выемочно-погрузочных драглайнов;

• в возможности использовании полученных зависимостей и методик расчёта для оценки и выбора рациональных параметров и показателей применения высокоуступной технологии;

Реализация результатов работы.

Результаты проведённых исследований были реализованы при внедрении высокоуступной технологии и опытно-промышленного образца выемочно-погрузочного драглайна ЭШП 10/70 на угольном разрезе «Харанорский» ОАО «СУЭК» и могут быть использованы в дальнейшем при внедрении высокоуступной технологии на других разрезах ОАО «СУЭК» и на горных предприятиях других регионов и отраслей горного производства.

Апробация работы. Основные положения выполненной диссертационной работы докладывались на семинарах Отделения открытого способа добычи твёрдых полезных ископаемых ННЦ ГП - ИГД им. А. А. Скочинского (Люберцы, 2008 -2009 гг.), на семинаре технических директоров предприятий открытой угледобычи ОАО «СУЭК» (Владивосток, 2009 г.), на угольном разрезе «Харанорский» (Шерлова гора, 2008-2009 гг.), на конференции «Неделя горняка» (Москва, МГТУ, 2009 г.) на Международной научно-практической конференции «Современное оборудование для добычи и обогащения полезных ископаемых» в ЗАО «НКМЗ» (Краматорск, Украина, 2009 г.).

Результаты работы прошли апробацию в производственных условиях в процессе опытно-промышленной эксплуатации ВПД на угольном разрезе «Харанорский» (2009-2010 гг.).

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Опанасенко, Пётр Иванович

Выводы

Оценивая в целом приведённые в настоящем разделе результаты анализа применения ВУТ на разрезах «Тугнуйский» и «Харанорский» можно отметить следующее.

1) Внедрение ВУТ может быть эффективно осуществлено в двух направлениях: за счёт применения новой технологии для отработки углубочных уступов и за счёт перестройки рабочего борта существующих уступов, отрабатываемых до начала перестройки по традиционной технологии.

2) При применении ВУТ для отработки углубочных уступов обеспечивается снижение потребных объёмов вскрышных работ непосредственно на углу-бочном уступе.

Кроме того, за счёт увеличения угла откоса рабочего борта при ВУТ величина подвигания фронта вскрышных работ на всех вышележащих вскрышных уступах уменьшается:

- на разрезе «Тугнуйский» с 316 до 275 м;

- на разрезе «Харанорский» с 330 до 240 м.

Это приводит к снижению объёмов вскрышных работ на этих уступах вне зависимости от технологии их отработки.

В целом по вскрышной зоне транспортной технологии снижение объёмов вскрышных работ за один цикл углубки составляет 4,3-5,9 млн.м (в зависимости от количества промежуточных уступов), что обеспечивает уменьшение эксплуатационных затрат соответственно на 213-282 млн. руб. при первом цикле углубки и 282-348 млн. руб. на последующем цикле. Аналогичные показатели по разрезу «Харанорский» соответственно составляют 16,7 млн.м3 и 710 млн. руб.

3) При перестройке рабочего борта существующих вскрышных уступов за счёт изменения конфигурации рабочего борта обеспечивается снижение объёмов вскрышных работ при первом цикле на 3,5-7,5 млн.м3 с уменьшением эксплуатационных затрат на 125-250 млн. руб. по разрезу «Тугнуйский» и соответственно 14 млн.м и 425 млн. руб. по разрезу «Харанорский». На последующих циклах углубочных работ снижение объёмов горных работ за счёт перестройки рабочего борта не происходит. В тоже время за счёт снижения себестоимости вскрыши при применении ВУТ, на последующем цикле эксплуатационные затраты уменьшаются на 100-140 млн. руб.

4) Одновременная углубка горных работ и перестройка рабочего борта обеспечивает суммарное снижение эксплуатационных затрат на 332-542 млн. руб. (26%-16%) на первом цикле и 385-488 млн. руб. (21%) на последующем (разрез «Тугнуйский») и соответственно 1135-1079 млн. руб. (46%-44%) по разрезу «Харанорский».

5) Важным результатом внедрения ВУТ является снижение, по сравнению с ТРТ, себестоимости добычи угля. В диапазоне рассматриваемых параметров горных работ это снижение составляет 45-70 руб/т по каждому разрезу.

6) С экономической точки зрения важным является вывод о том, что потребные для развития горных работ или замены выбывающего оборудования инвестиции при применении высокоуступной технологии компенсируются снижением эксплуатационных расходов за период углубки горных работ или перестройке рабочего борта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-исследовательской работой, изложено решение актуальной задачи обоснования технологических схем выокоуступной технологии с применением выемочно-погрузочныых драглайнов для повышения эффективности горного производства.

Основные научные и практические результаты работы:

1. Научно обоснованы и разработаны методические подходы к формированию рабочего борта и выбору рациональных параметров горных работ, обеспечивающих преимущество высокоуступной технологии по сравнению с существующей традиционной, в том числе:

- практически двукратное (до 30-35 м) увеличение высоты уступов, отрабатываемых нижним черпанием;

- увеличение угла откоса и позитивное изменение конфигурации рабочего борта;

- расположение рабочих площадок и транспортных коммуникаций не на нижней, а на верхней площадке отрабатываемого уступа, снижение их количества и протяжённости;

- снижение текущих объёмов вскрышных работ и эксплуатационных расходов.

2. Предложены технологические схемы использования высокоуступной технологии в различных горнотехнических условиях. Подробно рассмотрены специфические и технологические схемы горных работ при формировании или реконструкции рабочего борта, при нарезке новых горизонтов и отработке на-дугольной вскрышной зоны при наклонном залегании полезного ископаемого, при отработке слабоустойчивых горных пород .

3. Применительно к указанным технологическим схемам установлены и проанализированы аналитические зависимости, определяющие степень увеличения угла откоса рабочего борта и снижение объёма вскрышных работ при применении высокоуступной технологии в различных горнотехнических условиях.

4. Показано, что одним из основных преимуществ высокоуступной технологии является снижение текущих объёмов вскрышных работ, которое обеспечивается:

- за счёт позитивного изменения конфигурации рабочего борта в процессе его формирования при проходке разрезных траншей, реконструкции рабочего борта или нарезке новых горизонтов;

- за счёт увеличения угла откоса рабочего борта и связанного с этим снижения потребного подвигания фронта вскрышных работ по всей высоте надуголь-ной зоны.

5. На базе проведенных расчётов и экспериментов подтверждена целесообразность создания новой разновидности экскавационного оборудования - вы-емочно-погрузочных драглайнов, обеспечивающих возможность прицельной, по команде машиниста, погрузки горной массы в транспортные средства в заданной зоне. Применительно к этим машинам обоснованы и рекомендованы параметры их перспективных типоразмеров.

6. Инструментальные и эксплуатационные испытания опытно-промышленного образца выемочно-погрузочного драглайна ЭШП 10/70 на угольном разрезе «Харанорский» показали, что конструктивно-компоновочная схема и параметры драглайнов, оснащённых устройством прицельной погрузки, обеспечивают своё функциональное значение и могут эффективно использоваться в промышленных условиях в схемах высокоуступной технологии. По результатам проведенных испытаний выемочно-погрузочный драглайн был принят в промышленную эксплуатацию.

7. Выполнена привязка и технико-экономическая оценка применения высокоуступной технологии к конкретным горнотехническим условиям угольных разрезов «Харанорский» и «Тугнуйский», показавшая её высокую эффективность (уменьшение на 20-40% текущих объёмов вскрышных работ и эксплуатационных расходов, снижение себестоимости добычи угля усреднённо на 50 руб/ти др.).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Опанасенко, Пётр Иванович, Москва

1. Системы разработки и транспорт на карьерах (Под ред. Н. В. Мельникова) // М. Недра, 1974, С. 601-607.

2. Системы открытой разработки (Под ред. Н. В. Мельникова) // М. Недра, 1961, С. 36-37.

3. Ржевский В. В. Технология, механизация и автоматизация процессов открытых горных разработок // М. Недра, 1966, С. 175-176, 281-309.

4. Трубецкой К. Н., Краснянский Г. JL, Хронин В. В., Коваленко В. С. Проектирование карьеров // М. Высшая школа, 2009, С. 553-574.

5. Угольная промышленность СССР за 1988 г. // Информуголь, 1989.

6. Концепция развития открытого способа добычи угля в РФ на период до 2020 г. (аспекты научно-технического прогресса) Отчёт НИР ННЦ ГП ИГД им. А. А. Скочинского) // Люберцы, 2005.

7. Классификация основных средств, включаемых в амортизационные группы. Утверждены Правительством РФ 01.01.2002 г. № 1.

8. Положение о планово-предупредительном ремонте оборудования открытых горных работ на предприятиях угольной промышленности СССР. // НИИ-ОГР, УкрНИИпроект. Челябинск, 1990.

9. Козловский Е., Кассихин Г. Топливно-энергетический комплекс России: особенности развития сырьевой базы // Промышленные ведомости № 9, ноябрь 2000.

10. Методические указания о порядке продления срока службы технических устройств, зданий и сооружений с истекшим нормативным сроком эксплуатации в горнорудной промышленности (РД 06-565-03) // «Русская газета» от 21 июня 2003 г. № 120/1.

11. ГОСТ 27.002-89 Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения. С. 2-5.

12. Руденко Ю. Ф., Опанасенко П. И., Мишин Ю. М., Исайченков А. Б., Анистратов К. Ю. Исследование закономерностей изменения показателей работы карьерных самосвалов в течение срока их эксквации // Уголь, 2008, № 7, С. 58-63.

13. Концепция развития открытого способа добычи угля до 2010 г. (Аспекты научно-технического прогресса) // М., 1995, С. 37-41, 126-135.

14. Шендеров А. И., Емельянов О. А., Один И. М. Надёжность и производительность комплексов горно-транспортного оборудования // М., Недра, 1976, С. 62-102.

15. Попов В. Н., Колесников Е. Ф., Ничиц И. Я. И др. Карьерные роторные экскаваторы // М., Недра, 1994, С. 265-269.

16. Трубецкой К. Н., Потапов М. Г., Виницкий К. Е., Мельников Н. Н. и др. Справочник. Открытые горные работы // М., Горное бюро, 1994, 590 С.

17. Единые нормы выработки на открытые горные работы для предприятий горнодобывающей промышленности//М., 1989, С. 133-143.

18. Беляков Ю. И. Проектирование экскаваторных работ // М., Недра, 1983, С. 48-57.

19. Шендеров А. И. Инновационная направленность технического развития открытого способа добычи угля. // Научные сообщения ННЦ ГП ИГД им. А. А. Скочинского. Выпуск 332, М., 2006, С. 9-29.

20. Сеинов Н. П., Шендеров А. И. Эффективные направления инновационного развития угольных разрезов РФ // Научные сообщения ННЦ ГП ИГД им. А. А. Скочинского. Выпуск 333, М., 2007, С. 27-34.

21. Новожилов М. Г., Куценко В. И., Друженко А. Ю. Оптимизация параметров высоких уступов при разработке глубоких горизонтов карьеров // Горный журнал, 1984, № 2, С. 25-28.

22. Штейнцайг В. М. Высокие уступы на карьерах // Горный журнал, 1984, № 7, С. 22-23.

23. Сеинов Н. П., Кудряшов В. С., Валиев В. С., Пульянович С. В. Управление шириной развала при взрывании вскрышных пород на разрезе «Междуре-ченский» // Сборник «Добыча угля открытым способом» М., ЦНИЭИуголь, № 11, 1974.

24. Щадов М. И., Виницкий К. Е., Потапов М. Г. и др. Развитие техники и технологии открытой гледобычи // М., Недра, 1987, С. 93-105, 153-166.

25. НИИОГР. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах // М., Недра, 1982, С. 52-146.

26. Трубецкой К. Н., Сеинов Н. П., Шендеров А. И. Снижение текущего коэффициента вскрыши в процессе технического переоснащения карьеров // Открытые горные работы, М., 2000, № 2, С. 7-13.

27. Измалков А. В., Шендеров А. И., Сеинов Н. П., Самородов Ю. П. Технологические схемы применения выемочно-погрузочных драглайнов // Научные сообщения ННЦ ГП ИГД им. А. А. Скочинского. Выпуск 326, М., 2004, С. 15-26.

28. Шендеров А. И., Опанасенко П. И. Оценка эффективности применения выемочно-погрузочных драглайнов на угольных разрезах Восточной Сибири // Научные сообщения ННЦ ГП ИГД им. А. А. Скочинского, Выпуск 333, М., 2007, С. 44-58.

29. Самородов Ю. П., Сушенкова С. А. Взаимосвязь элементов системы разработки «экскаватор-карьер» с параметрами выемочно-погрузочного драглайна // Научные сообщения ННЦ ГП ИГД им. А. А. Скочинского. Выпуск 332, М., 2006, С. 30-40.

30. Самородов Ю. П., Шендеров А. И., Баулин А. В., Сушенкова С. А. Использование драглайнов с прицельной погрузкой в комбинированных технологических схемах // Горный информационно-аналитический бюллетень, М. Изд. МГГУ, № 2, 2004, С. 208-213.

31. Мордухович И. Л: Исследование параметров рабочего процесса шагающих драглайнов // М., Наука, 1984, С. 86-87.

32. Размыслов Ю. С. Разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом // М., Недра, 1991, 147 С.

33. Анистратов Ю. И., Анистратов К. Ю. Технология открытых горных работ // М., ООО «НТЦ «Горное дело», 2008, С. 32-40.

34. Анистратов Ю. И., Анистратов К. Ю. Технологические процессы открытых горных работ // М., ООО «НТЦ «Горное дело», 2008, С. 209-215.

35. Научно-исследовательский экологический центр «Техноген». Оценка устойчивости и разработка рекомендаций по параметрам устойчивых бортов и отвалов разреза «Харанорский» (отчёт по НИР) С-Петербург, 2007, С. 35.

36. Авт. свид. № 1810426 Экскаватор-драглайн (авторы Шендеров А. И., Мелехов Д. П., Кнышев С. А., Мордухович И. Л., Лисов Ю. А., Скубаев В. И., Зандман И. Г.), 1989.

37. Патент на изобретение № 2081323. Способ погрузки горной массы драглайном в средства транспорта, 1995.

38. Авт. свид. № 1265255 Рабочее оборудование экскаватора-драглайна (авторы Мордухович И. JL, Зиновьев В. И., Беляков Н. Н., Крючков В. В.). Опубликован в Б. И., 1988, № 18.

39. Патент № 1788998. Авторы Расторгуев В. С., Скубаев В. И., Сердюк В. П., Кузьмичёв М. А. Опубликован в Б. И., 1993, № 2.

40. Патент № 2055122. Авторы Марченко А. И., Скубаев В. И., Латыш Ю. А. Опубликован в Б. И., 1996, № 6.

41. Патент на изобретение № 2182971 Способ отработки рабочего борта в период его реконструкции (авторы Трубецкой К. Н., Алешин Б. Г., Домбров-ский А .Н., Сеинов Н. П., Сидоренко И. А., Шендеров А. И.) М., 2002.

42. Шендеров А. И., Этингоф Е. А., Перелыгин В. В. Создание выемочно-погрузочных драглайнов для транспортных систем разработки // Горные машины и автоматика, М., 2001, № 5, С. 15-19.

43. Патент на изобретение № 2184190 Способ разгрузки ковша драглайна и рабочее оборудование драглайна для осуществления этого способа (авторы, Завьялов Н. И., Зандман И. Г., Сеинов Н. П., Шендеров А. И., Этингоф Е. А.) М., 2002.

44. Трубецкой К. Н., Киселёв Н. Н., Домбровский А. Н., Сидоренко И. А. Кранлайн новый вид шагающего драглайна // Горная промышленность, 1999, №3, С. 32-35.

45. Патент на изобретение № 2186178 Погрузочный экскаватор драглайн (авторы Трубецкой К. Н., Киселёв Н. Н., Домбровский А .Н., Сеинов Н. П., Сидоренко И. А., Шендеров А. И.) М., 2000.

46. Патент на изобретение № 2079609 Погрузочный драглайн (авторы Трубецкой К. Н., Малышев Ю. Н., Сеинов Н. П., Киселёв Н. Н., Сидоренко И. А., Домбровский А .Н., Солод С. В., Гольдбухт Е. Е., Мацкало А. А.) М., 1997.

47. Патент на изобретение № 2090705 Рабочее оборудование драглайна шагающего погрузочного (авторы Трубецкой К. Н., Киселёв Н. Н., Домбровский А .Н., Котровский М. Н., Пешков А. А., Сеинов Н. П., Сидоренко И. А., Мацкало А. А.) М., 1997.

48. Патент на изобретение № 2078875 Ковш экскаватора драглайна (авторы Киселёв Н. Н., Алёшин Б. Г., Сеинов Н. П., Сидоренко И. А., Домбровский А. Н., Мацкало А. А.) М., 1995.

49. Трубецкой К. Н., Сеинов Н. П., Киселёв Н. Н., Сидоренко И. А. Кран-лайны техника открытых горных работ XXI века // Уголь, 1999, № 11, С. 4649.

50. Трубецкой К. Н., Сидоренко И. А., Сеинов Н. П., Самородов Ю. П. Технология отработки вскрыши высокими уступами с применением экскаваторов кранлайнов // Горный журнал, 2000, № 3, С. 31-34.

51. Трубецкой К. Н., Сидоренко И. А., Домбровский А. Н., Котровский М. Н. Кранлайн актуальная задача создания нового типа экскаватора для разработки месторождений высокими уступами по транспортной системе // Горная промышленность, 2008, № 4.

52. Домбровский А. Н. Опыт применения драглайнов для погрузки в транспорт // Горная промышленность, 2005, № 3, С. 56-57.

53. Перелыгин В. В. Графоаналитический метод определения силовых и кинематических параметров подвески ковша драглайна при оснащении его устройством прицельной погрузки // ИГД им. А. А. Скочинского, Люберцы, 2001, С. 8.

54. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины цикличного действия (Под редакцией Щадова М. И., Подэрни Р. Ю.) // М., Недра, 1989, С. 70-242.

55. Груздев А. В., Бойко Г. X. Шагающие экскаваторы драглайны производства ОМЗ // Горная промышленность, 2003, № 3, С. 3-6.

56. Подэрни Р. Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ // М., Недра, 1971, С. 224-228, 282-295, 307-309.

57. Жариков И. Ф., Опанасенко П. И. Особенности буровзрывной подготовки горного массива при высокоуступной технологии вскрышных работ с использованием выемочно-погрузочных драглайнов // Сб. «Взрывное дело», № 99/56, М., 2008, С. 80.

58. Жариков И. Ф., Опанасенко И. Ф. Разработка инженерных методов расчёта параметров буровзрывных работ // Сб. «Взрывное дело», № 100/57, М., 2008, С. 189-196.

59. Беляков Ю. И., Владимиров В. М. Совершенствование экскаваторных работ на // М., Недра, 1974, С. 90-112.