Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологии открытой разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологии открытой разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий"

005001378

Шорохов Владимир Павлович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

ГОРИЗОНТАЛЬНОГО И ПОЛОГОГО ЗАЛЕГАНИЙ (на примере разреза «Березовский-1» ОАО «СУЭК-Красноярск»)

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О НОЯ 2011

Красноярск, 2011

005001378

Работа выполнена в Институте горного дела, геологии и геотехнологий Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кисляков Виктор Евгеньевич

доктор технических наук, профессор Коростовенко Вячеслав Васильевич

кандидат технических наук Вашлаев Иван Иванович

Ведущая организация:

ОАО «Гидрошахт»

Защита диссертации состоится «02» декабря 2011 г. в 1200 на заседании диссертационного совета Д 212.099.09 в Институте горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», 660025, г. Красноярск, просп. Красноярский рабочий, 95, ауд. 200.

Автореферат разослан 2011 года.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального университета.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.099.09, СФУ, канд. геол.-минерал. наук

М.В. Вульф

Актуальность работы.

В настоящее время по поручению Правительства Российской Федерации разрабатывается программа развития угольной отрасли до 2030 г. Предстоящий период реализации программы будет характеризоваться усилением глобальной конкуренции, охватывающей рынки угля, капиталов, технологий и рабочей силы. По оценке российских и зарубежных экспертов угольная генерация в энергетике России расти не будет. Это ставит перед угольной промышленностью вопросы по решению задач модернизации предприятий и развитию новых технологий в добыче угля для снижения издержек в производстве.

Имеющиеся на крупных угольных разрезах Канско-Ачинского бассейна («Бородинский», «Березовский-1», «Назаровский») производственные мощности по добыче угля в перспективе не будут востребованы в полном объеме. Особо затратной оценивается эксплуатация горно-транспортного оборудования большой единичной мощности на разрезе «Березовский-1» ОАО «СУЭК-Красноярск», где загрузка мощных добычных комплексов составляет 20-30% от проектной.

Долгосрочное планирование развития горных работ на примере разреза «Березовский-1» выявило ряд проблем, снижающих эффективность параллельного подвигания фронта работ. Выбытие из производственной мощности 1-го блока, приближение П-го блока к границе санитарно-защнтной зоны (СЗЗ), систематические капитальные затраты на наращивание магистральных конвейеров и, как следствие, простои добычного комплекса на время пусконаладочных работ, удорожание транспортировки угля - определили необходимость модернизации горных работ. Повышение эффективности горных работ возможно в результате перехода на веерное подвигание фронта.

В работах ряда российских учёных показана возможность повышения эффективности разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий при использовании веерного перемещения фронта работ. Однако, теория этого вопроса разработана недостаточно и на отечественных разрезах веерное подвигание фронта ещё не нашло применения.

Таким образом, научно-техническая задача обоснования рационального развития технологии разработки мощных угольных пластов с веерным перемещением фронта является актуальной.

Цель работы. Обосновать возможность и эффективность изменения направления подвигания фронта горных работ в ходе открытой разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий.

Идея работы. Эффективность отработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий достигается путём перехода на веерное подвигание фронта горных работ.

Основные задачи исследования.

(.Определить возможность и эффективность перехода с параллельного на веерное подвигание фронта горных работ в ходе разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий.

2. Разработать алгоритм выбора элементов веерного подвигания фронта

работ и положения поворотного пункта. /

3. Исследовать элементы системы разработки с веерным подвиганием фронта работ, определить степень изменения технологических параметров.

4. Выявить возможность и эффективность удлинения фронта горных работ в случае перехода на веерное его подвигание, а также его последующего спрямления.

5. Определить производительность выемочно-погрузочных комплексов при работе в клиновидном эксплуатационном блоке, а также обосновать изменение производственной мощности предприятия при переходе на веерное подвигание фронта горных работ.

Методы исследований. Изучение и обобщение научно-исследовательских работ, литературных источников, патентных, фондовых материалов и практического опыта; математическое моделирование показателей технологических процессов горных работ.

Основные научные положения.

1. Веерное перемещение фронта горных работ при отработке мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий по поточной технологии возможно путём реализации принципа параллельности осей хода экскаваторов осям забойных ленточных конвейеров с организацией центрального поворотного пункта.

2. Выемка горной массы техникой непрерывного действия при веерном подвигании фронта работ производится клиновидной заходкой, главным параметром которой является ее ширина на фланге, а минимальная ширина заходки у поворотного пункта компенсируется проходкой врезной ниши.

3. Стабилизация производственной мощности предприятия при веерном подвигании фронта работ обеспечивается регулированием режима угледобычи, который заключается в расстановке экскаваторов по длине фронта работ в забоях с разной шириной или работе смежными заходками.

Обоснованность и достоверность результатов работы подтверждена патентной защитой полученных решений, применением современных методов исследований и аналитических методов расчёта, широкой апробацией в производственных, научных и проектных организациях.

Научная новизна работы:

• доказана возможность и эффективность изменение направления развития фронта горных работ в ходе разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий;

• разработан алгоритм выбора элементов веерного подвигания фронта горных работ и местоположения центрального поворотного пункта;

• сформирован принцип параллельности осей хода добычных и вскрышных экскаваторов, а так же забойных ленточных конвейеров при веерном подвигании фронта горных работ;

• выявлена математическая зависимость производственной мощности предприятия при веерном подвигании фронта работ от производительности добычного комплекса, типа и ширины добычных заходок, планограммы отработки подготовленных запасов.

Практическую ценность имеют:

• принципиально новые технологические схемы горных работ при веерном подвигании фронта и клиновидных добычных заходках (патент РФ на изобретение №2394157);

• технологические решения по регулированию режима добычных работ при веерном подвигании фронта;

• технологические решения по удлинению фронта работ при веерном его подвигании;

• технологические решения по спрямлению фронта работ после перехода на веерное его подвигание.

Личный вклад автора:

• формирование и постановка задач исследований, разработка методики их решения при переходе на веерное подвигание фронта работ;

• разработка технологических схем при веерном подвигании с клиновидными и смежными заходками;

• разработка математической модели по определению производственной мощности предприятия при веерном подвигании фронта горных работ;

• разработка методических положений по способу регулирования режима горных работ;

• разработка методики оценки и определения эффективности предложенных технологических решений.

Реализация работы. Технология разработки при веерном подвигании фронта горных работ включена в состав проектной документации по техническому перевооружению горнотранспортной части разреза «Березовский-1», разработка которой предусмотрена инвестиционной программой ОАО «СУЭК-Красноярск» в 2011-2012 гг.

Апробация работы. Содержание работы докладывались на:

• VII международной научно-технической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов», г. Красноярск (2009 г.);

• совещании главных инженеров и технических служб ОАО «СУЭК» по техническому развитию угольных предприятий, г. Владивосток (2010 г.);

• научно-практической конференции «Техническое перевооружение карьеров» НТЦ «Горное дело» в рамках мероприятий «Недели горняка», Москва (2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них: 4 в изданиях, рекомендованных списком ВАК; 1 патент на изобретение.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложена на 113 страницах машинописного текста, включая 44 рисунка, 17 таблиц и список использованной литературы из 57 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дана оценка современному состоянию производственных мощностей Канско-Ачинского угольного бассейна, рассмотрены варианты развития горных работ на разрезе «Березовский-1» ОАО «СУЭК-Красноярск» с разработкой технологических схем при параллельном перемещении фронта горных работ с применением на вскрыше автотранспортной технологии с экскаваторами типа механическая лопата и кранлайнов, а на добыче - поточной технологии с роторными и цепными экскаваторами и выполнена их экономическая оценка.

Во второй главе выполнен анализ состояния изученности вопроса и опыта применения веерного подвигания фронта горных работ на угольных месторождениях Российской Федерации, бывшего СССР и зарубежных стран и рассмотрены признаки, определяющие выбор варианта перемещения фронта работ; рассмотрено развитие горных работ с веерным подвиганием фронта на основе принципиально новых технологических схем разработки мощных угольных пластов на примере разреза "Березовский-1" с вовлечением в отработку запасов соседнего третьего блока.

В третьей главе выполнены исследования элементов системы разработки с веерным перемещением фронта работ, установлены параметры горных работ при их веерном подвигании с обоснованием ширины добычных экскаваторных заходок и рабочих площадок, параметров ниш на флангах фронта работ и параметров внутренних отвалов; рассмотрены условия эксплуатации забойных конвейеров в зависимости от угла поворота фронта работ; разработаны технологические решения по удлинению фронта горных работ и его спрямлению после перехода на веерное подвигание.

В четвертой главе обоснована производительность добычного комплекса, выполнены расчеты и обоснование производственной мощности предприятия при веерном перемещении фронта горных работ в зависимости от ширины и типа добычных заходок, разработаны принципы регулирования режима добычных работ для стабилизации производственной мощности в течении года.

В пятой главе установлены критерии и выполнена оценка эффективности предложенных технологических решений.

Известно, что при разработке мощных угольных пластов горизонтального и пологого залегания по поточной технологии необходимо систематически производить работы по наращиванию транспортных коммуникаций, приводящие к вынужденной остановке всех технологических процессов по добыче угля. Указанный способ характеризуется высокой трудоемкостью работ и, как следствие, снижающих эффективность поточной технологии выемки и транспортировки угля.

В классификации систем открытой разработки академика В.В. Ржевского определен признак, который характеризует сущность технологии открытых горных работ по направлению подвигания фронта горных работ в плане. По нему различают, например, веерные системы разработки, при которых фронт

вскрышных и добычных работ перемещается по вееру с центральным (общим) или рассредоточенным (два и более) поворотными пунктами.

К числу отечественных исследований технологии открытых горных работ с использованием веерного перемещения фронта относятся работы Новожилова М.Г. и Эскина B.C.

Действующих или завершающих эксплуатацию угольных разрезов с развитием фронта горных работ по вееру с фиксированными поворотными пунктами в Российской Федерации и бывшем СССР не выявлены. Вместе с тем, в странах мира имеются угольные разрезы, на которых успешно применялось и применяется веерное подвигание фронта работ или комбинация параллельного и веерного способов.

На рис. 1-6 представлены принципиальные схемы подвигания фронта работ на угольных разрезах Сербии, Германии, Индии.

фронта работ на разрезе Радльево (Сербия) фронта работ на разрезе Вельцов-Зюд

(Германия)

фронта работ на разрезе Нимч (Германия)

Рис. 5. Принципиальная схема подвигания фронта работ на разрезе Цвенкау (Германия)

Рис. 6. Принципиальная схема подвигания фронта работ на разрезе Мте-11 (Южная Индия)

Рис. 4. Принципиальная схема подвигания фронта работ на разрезе Хамбах (Германия)

Как видно из схем, на угольных разрезах применяется комбинированное (параллельно-веерное) подвигание фронта работ с одним поворотным пунктом (рис. 4, 6) или несколькими поворотными пунктами (рис. 1-3, 5).

Таким образом, возникает необходимость в разработке алгоритма выбора поворотного пункта, место размещения которого должно обеспечивать минимальные расстояния транспортировки полезного ископаемого.

На представленных схемах выбор направления перемещения фронта работ определяется формой карьерного поля, конфигурация которого позволяет отрабатывать запасы веерным способом. В тоже время, выбор места поворотного пункта и направления подвигания фронта в рассматриваемом примере может учитывать и другие факторы. Так, на разрезе «Березовский-1», конфигурация границы санитарно-защитной зоны при параллельном подвигании фронта приведет к сокращению длины фронта горных работ на 450 м, что может отразиться на производительности труда в целом на предприятии. В условиях разреза при веерном подвигании фронта работ отпадает необходимость в строительстве путепроводов под магистральными конвейерами для сокращения расстояния транспортировки вскрышных пород, представляется возможным отказаться от строительства разрезной и выездной траншей при отработке III блока и сократить объемы вскрыши при отработке II блока по формированию целика угля для размещения наклонных магистральных конвейеров. Кроме того, имеется мощный стационарный погрузочно-транспортный комплекс, находящийся в технологической связи с забоями по добыче угля и требующий непрерывности производственного процесса.

В результате признаки, определяющие параллельное или веерное подвигание фронта работ в зависимости от получения наибольшего эффекта, в каждом конкретном случае при решении задач по выбору оптимального направления подвигания фронта работ, имеют подчиненное значение. Отсюда признак, определяющий способ подвигания фронта горных работ в зависимости от формы карьерного поля при открытой разработке, переходит из разряда главенствующего в форму подчиненного значения, а его место занимают признаки, которые должны устранить технологическую операцию по систематическому удлинению магистральных конвейеров и увеличению расстояния транспортировки полезного ископаемого. Таким признаком является наличие стационарного погрузочно-транспортного комплекса, находящегося в технологической связи с забоями и требующего обеспечения принципа поточности.

Отказ от систематического наращивания магистральных конвейеров позволит снизить трудоёмкость работ, получить экономию инвестиционных ресурсов и повысить эффективность выемки запасов полезного ископаемого, оставляемых под транспортными коммуникациями при параллельном перемещении фронта работ, так как выемка этих запасов производится основной технологией одновременно с подвиганием фронта добычных работ.

Веерный способ перемещения фронта работ при равномерном подвигании вскрышных, добычных и отвальных уступов обеспечивает безопасность горных работ и сохраняет технологические связи горно-транспортного оборудования.

Реализация веерного подвигания фронта работ при отработке мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий возможна только с обеспечением принципа параллельности осей хода добычных и вскрышных экскаваторов, а так же забойных конвейеров, с клиновидными заходками и установлении поворотного пункта в месте расположения стационарного перегрузочного пункта (патент РФ №2394157).

Оценка динамики формировании фронта горных работ при его переходе на веерное подвигание выполнена на примере разреза «Березовский-1» с возможностью вовлечения в эксплуатацию запасов III блока. Рассмотрены пять положений фронта работ.

Ли

Рис. 7. Поворот фронта горных работ на 1 °

Рис. 9. Поворот фронта горных работ на 90°

Поворот фронта горных работ на /° (рис. 7). Врезка в заходку происходит со стороны фланговой траншеи. Съезды с уступов и въезды на отвальные ярусы располагаются по откосам фланговой траншеи. Отсыпка отвалов ведется также по вееру. Количество вскрышных уступов 4, количество отвальных ярусов 2. Ведется заполнение емкости существующих отвалов. Горные работы ведутся по падению угольного пласта.

Поворот фронта горных работ на 45° (рис. 8). Врезка в заходку осуществляется так же со стороны фланговой траншеи. Увеличиваются объемы вскрыши: количество вскрышных уступов составляет 6, коэффициент вскрыши составляет 0,88 м3/т.

Поворот фронта горных работ на 900 (рис. 9). Количество вскрышных уступов увеличилось до 10, коэффициент вскрыши максимальный и составляег 1,06 м'/т. Горные работы после преодоления угла поворота фронта 105 ° ведутся по восстанию угольного пласта, что позволяет сформировать постоянную схему водоотлива на весь период отработки запасов 111 блока.

Рис. 10. Поворот фронта горных работ на 135°

Поворот фронта горных работ на 135° (рис. 10). Количество вскрышных уступов уменьшилось до 9, а коэффициент вскрыши до 0,86 м3/т.

.....Г; •„

Поворот фронта горных работ на 180° (рис. 11). Количество вскрышных уступов снизилось до 5, коэффициент вскрыши до 0,50 м3/т. Дальнейшая доработка запасов блока 111 осуществляется параллельными заходками.

Рис. 11. Поворот фронта горных работ на 180°

Для показательного анализа и обоснования эффективности предлагаемых решений был проведен геометрический анализ карьерного поля с определением главных параметров карьера, в том числе: объема вскрышных и добычных работ, этапного коэффициента вскрыши. Результаты моделирования этапного коэффициента вскрыши представлены на рис. 12.

1Д 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

— rU |

v = -7Е-С )5х2 + 0,< )12х+0. 48 \

/ ft2 = 0,99 \

•

Рис. 12. График зависимости коэффициента вскрыши от угла поворота фронта горных работ

О 30 60 90 120 150 180 Угол поворота фронта горных работ, град

Веерный способ подвигания фронта работ позволяет уменьшить коэффициент вскрыши при отработке запасов в ближайшие 20 лет и сократить объем вскрыши на 26 млн. м3 или в среднем на 1,3 млн. м3 ежегодно. В перспективе веерный способ позволяет выравнивать коэффициент вскрыши за счет частич-

ного вовлечения запасов с большим коэффициентом вскрыши по периодам отработки.

Исследование ширины рабочей площадки при переходе с параллельного на веерное перемещение фронта работ позволило заключить, что данный элемент системы разработки меняться не будет при условии соблюдения принципа параллельности хода добычных экскаваторов и забойных конвейеров. При веерном подвигании на всём фронте горных работ ширина рабочих площадок остаётся постоянной и неизменной.

Вышеизложенное является доказательством первого научного положения, выносимого на защиту.

Ширина заходки в начале эксплуатационного блока является ключевым параметром в вопросе перехода от параллельного к веерному подвиганию фронта.

На примере разреза «Березовский-1» были исследованы три альтернативных варианта заходки добычного выемочно-погрузочного комплекса.

1. Ширина заходки равна 60 м, что соответствует нормальной ширине заходки для экскаватора ЭРШРД 5250 при работе с параллельным подвиганием фронта работ (рис. 13).

Параппапычыи способ подвигання фронта горных работ

— ПКЗ-5250

— ЭРШРД-5250

Рис. 13. Параметры ниш на флангах при Рис. 14. Параметры ниш на флангах при

параллельном и веерном способах разработки ширине экскаваторной заходки 75 м при ширине экскаваторной заходки 60 м

2. Максимально возможное значение ширины заходки для экскаватора ЭРШРД 5250 без использования перегрузочных машин. В данном случае ширина заходки определена двумя способами: расчётным и графоаналитическим.

По формуле В.В. Ржевского ширина заходки, исходя из конструктивных параметров экскаватора, составляет 72 м. Результаты графоаналитического метода определения максимальной ширины заходки иллюстрированы на рис. 14, из которого видно, что максимально возможная ширина добычной заходки в крайнем левом положении может быть принята 75 м.

3. Отработка угольного подуступа осуществляется двумя параллельными смежными заходками суммарной шириной 120 м с использованием ПКЗ-5250 (см. рис. 15).

Рис. 15. Технологические схемы отработки угольного подуступа смежными заходками

При клиновидной заходке запасы угля по длине фронта работ распределены неравномерно и возможно введение такого показателя как количество тонн угля на один погонный метр заходки по длине фронта. Изменение величины данного показателя при вариантах ширины заходки представлено на рис. 16. Для исключения фронта работ с минимальной шириной заходки предлагается создание врезных ниш у поворотного пункта аналогично фланговой (рис. 14), что позволит исключить 107 м фронта с шириной заходки от 0 до 5 м (рис. 22).

4500 Е 4000

N

Й 3500 л

оГ 3000

° 2500 га

• 2000 сс

I 1500

£ 1000 с

т 500 0

Рис. заходки

у = 1,9231х ✓ ✓

60 м Я 2 = 1 ✓

75 м = 1,2019х И2 = 1

120 м ✓

✓

. V . г

У = 0,9615х

3

го

т.

2,5

го

о 7

о

о го о. 1,Ь

3" 1

X

и,ь

о

0

у = 0,023Бх Иг = 1 /

а 500 1000 1500 2000 2500

Длина фронта работ, м

16. Запасы угля на 1 погонный метр добычного подуступа по длине фронта горных работ

50 100 150

Ширина заходки на фланге, м

Рис. 17. Зависимость величины угла единичного поворота фронта от ширины заходки на фланге

При рассмотрении параметров рабочих площадок при ширине добычной заходки 60, 75 и 120 м их значения составят 113, 125 и 233 м соответственно. Угол единовременного поворота фронта работ в зависимости от ширины заходки представлен на рис. 17.

Другим важным вопросом при переходе на веерное подвигание фронта работ является изменение угла наклона забойных транспортных коммуникаций, что особенно важно при использовании конвейерного транспорта.

Исследование изменения угла наклона кровли и почвы пологопадающего угольного пласта при переходе на веерное подвигание фронта горных работ выполнено графоаналитическим способом на примере разреза «Березовский-1» (рис. 18-19).

120

0 30 60 90 120 150 180 Угол поворота фронта работ, град

Рис. 18. Горизонтальная (черная) п наклонная (красная) плоскости при веерном подвигании фронта работ

Рис. 19. График изменения абсолютных отметок кровли и почвы угольного пласта, угла наклона забойных конвейеров в зависимости от угла поворота фронта работ, где -кровля пласта, -почва пласта, угол наклона КЛЗ

В современных условиях эксплуатации забойных конвейеров длина секции составляет 1200 м при стандартной (заводской) комплектации приводных станций. Это позволяет транспортировать уголь при угле наклона забойного конвейера до 1° и отработать 120 млн. тонн запасов без изменения условий эксплуатации забойных конвейеров.

При оценке изменения условий внутреннего отвалообразования и его параметров - расстояния транспортировки пород вскрыши, проанализированы три варианта.

1. Формирование ярусов отвалов производится веером вслед за фронтом горных работ, фланговая траншея не засыпается, а производится лишь консервация добычных уступов (рис. 8, 10, 11).

2. Для минимизации расстояния транспортировки по первому варианту возможно создание транспортных перемычек с кровли пласта на отвальные яруса.

3. Выработанное пространство карьера заполняется полностью вместе с емкостью фланговой траншеи. Транспортирование пород производится

по транспортным бермам внутренних отвалов соответственно каждому уступу и ярусу. Расстояние транспортировки минимальное (рис. 9).

Из рассмотренных вариантов по условиям дальности транспортировки вскрышных пород, минимизации количества ярусов отвала, с учетом сроков отработки запасов II и III блоков наиболее предпочтительным является третий вариант - с полным заполнением емкости фланговой траншеи.

Вышеизложенное является доказательством второго научного положения, выносимого на защиту.

С целью увеличения производственной мощности предприятия при веерном подвигании фронта работ представляются необходимыми исследования возможности его удлинения.

Удлинение фронта горных работ при веерном его подвигании потребует увеличения ширины заходки. Достижение максимально возможной ширины за-ходки на примере разреза «Березовский-1», обоснованной технологическими параметрами экскаватора ЭРШРД 5250 и равной 75 м, позволит увеличить длину фронта горных работ на 600 м и увеличить производственную мощность предприятия на 7-10 % от исходной.

При решении задачи спрямления фронта горных работ (переход к параллельному подвиганию) оптимальным положением является первый период ведения работ при угле поворота до 5 При больших углах поворота сокращается длина фронта работ со всеми вытекающими для современной ситуации трудностями (рис. 20).

Рис. 20. Изменение длины фронта горных работ при спрямлении от угла поворота веера

2500

2000

1500

1000

20 40 60 80

Угол поворота фронта горных работ, град

Не вызывает сомнения утверждение о снижении производительности вы-емочно-погрузочного комплекса при переходе на веерное подвигание фронта работ из-за уменьшения ширины его заходки, увеличения времени вспомогательных операций, связанных с подъездами экскаватора, его маневрированием, врезкой в новую заходку.

Определение фактических значений производственной мощности потребовало проведения подробного расчета производительности выемочно-погрузочного комплекса с оценкой чистого времени работы экскаватора и времени на вспомогательные операции. Расчеты показали, что уменьшение ширины заходки с 75 до Юм потребует увеличение времени на вспомогательные операции на 68 % при отработке клиновидной части забоя (рис. 21) с нарастанием снижения производительности экскаватора (рис. 22).

Ширина мходни, м

Яярш

Рис. 21. График изменения чистого времени работы экскаватора и времени на вспомогательные операции в зависимости от ширины заходки; где: - чистое время работы экскаватора в смену, мин.; — продолжительность вспомогательных операций, мин.

V Ц6 28,0$ V} 46,8 56,2 65,6 15

37,5 45 525 60

М> «00 900 1200 1500 1100 2100 МО

Рис. 22. График изменения суточной производительности экскаватора в зависимости от ширины экскаваторной заходки, где: черный цвет - заходка 75 м; красный цвет - смежная заходка

Это предполагает необходимость определения степени влияния снижения производительности экскаваторных комплексов при работе в клиновидной за-ходке на производительность предприятия в целом, установлении условий, обеспечивающих стабилизацию производственной мощности предприятия, с регулированием режима работы добычных экскаваторов и увязки их расстановки на фронте работ по планируемым периодам.

Для математического моделирования поставленной задачи были введены три ограничения:

• экскаваторы работают с постоянной максимально возможной производительностью;

• введен фиксированный жесткий интервал следования одного добычного экскаватора за другим, равный 1,2, и 3 месяцам;

• время переукладки забойных конвейерных линий совмещается с плановыми ремонтами экскаваторов и составляет 2 месяца.

Произведен расчет времени отработки добычного блока с учётом чистого времени работы экскаваторов ЭРШРД 5250 (рис. 21), на основании которого выполнены расчеты производственной мощности предприятия по месяцам в течение двухлетнего периода с учетом опережения одного экскаватора по фронту работ над другим на 1, 2 и 3 месяца при ширине заходки 60 и 75 м, и отстроены соответствующие графики (рис. 23, 24).

2 ООО ООО 1 600 ООО 1 200 ООО 800 ООО 400 ООО О

1 800 ООО ] 400 ООО 1 ООО ООО 600 ООО 200 ООО

^ .2 Й ^ £ о сз 3 та и с о ю ю \о ю

^ с 2 Е ^ ь н о *

© ^ £ О 1 Ч ^ 6 < « о х ч

Месяц

Месяц

Э о

1 400 ООО 1 200 ООО 1 ООО ООО 800 ООО 600 ООО

\ ! / \ \ / \

\ \ / К 1 \ /К / \ / \

\ / \ 1 \ < / / \ / 1 \

\ / ч 1 \ 1 N \ 1 \

л сх са х -враль Март -трель -Май -Июнь -Июль - - _0 _о .д -а -> сх о. а. а. а. >■> ю ю ю V© «з - о: к эс гз ш И Ь- О ^ X Март ' Май -Июнь -Июль - - л л л С- о. сх. с >■> Ю Ю О У - о? в: те 2 н ь о

-г- и стг

^ г-Г ^ П.

Месяц

Рис. 23. График изменения производственной мощности 60 м где: - опережение один месяц; — опережение два месяца; - - опережение три месяца

Наиболее плавные колебания месячной производственной мощности при заходках шириной 60 и 75 м достигаются при опережении одного экскаватора над другим по фронту работ на 3 месяца. При работе смежными заходками регулирование режима мощностей будет аналогичен варианту заходки в 60 м. Смежная заходка позволит выравнивать «пиковые» потребности объема угля складывающиеся в зимний период. Таким образом происходит усреднение производительности добычных экскаваторов и обеспечивается стабилизация производственной мощности разреза.

2 3с я а ч

Тоа

ч § л

о °

§-1

о 2

2 ООО ООО I 500 ООО 1 ООО ООО 500 ООО О

I-

/ V

^ ко «С ю ю

>. \С V© О ю

Месяц

= н 5 ^ 5 чс ^

V ш ЛЗ

3 ^

8.1 с 3

1 800 ООО 1 500 ООО I 200 ООО 900 ООО 600 ООО

\ V

1 \ \ / \

\ / > / N ч 1 \ к / » \

Ч / / \

-а О. И и а: А 5 а. а - Л 5 а, - ТЗ и > а > ИЮНЬ Июль -\вгуст -итябрь ктябрь 1оябрь екабрь Январь евраль Март -Апрель • Май -Июнь Июль -Август -нтябрь ктябрь -Ноябрь -

Месяц

Рис. 24. График изменения производственной мощности при ширине заходки 75 м где: - опережение один месяц; — опережение два месяца; - - опережение три месяца

В результате математического моделирования производственная мощность разреза «Березовский-1» при веерном подвигании фронта работ и установленных ограничивающих условиях составит 11,5 млн. тонн угля в год.

Вышеизложенное является доказательством третьего научного положения, выносимого на защиту.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в результате которой была решена научно-техническая задача по обоснованию технологии открытой разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий при применении техники непрерывного действия путем перехода с параллельного на веерное подвигание фронта горных работ, обеспечивающего

снижение трудоемкости, повышение эффективности поточной технологии, безопасность горных работ и снижение издержек в производстве.

Наиболее важные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем.

1. Рассмотренные технологические схемы разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий при параллельном подвигании фронта горных работ с применением различного типа горно-транспортного оборудования затрудняют осуществить техническое перевооружение предприятия из-за необходимости привлечения значительных инвестиционных средств на приобретение оборудования, затратности и неэффективности эксплуатации конвейерных линий.

2. Главным признаком, определяющим целесообразность веерного подви-гания фронта горных работ, является наличие стационарного погрузочно-транспортного комплекса, находящегося в технологической связи с забоями по добыче угля, место заложения которого должно обеспечивать минимальное расстояние транспортировки полезного ископаемого.

3. Доказана технологическая возможность при разработке мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий перехода с параллельного на веерное подвигание фронта работ, исключающего трудоёмкие и затратные операции по постоянному наращиванию магистральных конвейеров и обеспечивающего эффективность выемки запасов полезного искомого в целике, оставляемого под транспортными коммуникациями при параллельном перемещением фронта, за счет исключения необходимости формирования самого целика и отработки запасов по мере подвигания фронта вскрышных и добычных работ.

4. Разработан принципиально новый, защищенный патентом РФ, способ открытой разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий с веерным перемещением фронта работ, с обеспечением принципа параллельности хода добычных и вскрышных экскаваторов, забойных ленточных коевейеров, с соблюдением условия постоянства ширины рабочих площадок при клиновидной форме добычных и вскрышных заходок.

5. Разработаны технологические решения (на примере разреза «Березовский-1») по регулированию режима добычных работ на основе производительности выемочно-погрузочных комплексов в зависимости от ширины заходки на конкретном участке фронта, обеспечивающие стабилизацию производственной мощности предприятия.

6. При необходимости увеличения производственной мощности предприятия, развивающего фронт горных работ по вееру, предложены технологические решения по удлинению фронта работ. Так на разрезе «Березовский-1», за счёт удлинения фронта представляется возможным довести производственную мощность до 12,5 млн.т. угля в год.

7. При экономической оценке вариантов подвигания фронта работ на разрезе «Березовский-1» установлено снижение производственной себестоимости 1 т. угля на 8,5 рублей в пользу веерного. Показатели эффективности, выявленные в пользу веерного подвигания фронта горных работ при отработке запасов

угля II и III блоков, обеспечивают снижение инвестиционных затрат на 3780 млн. рублей.

8. Технология открытой разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий с веерным перемещением фронта горных работ может быть рекомендована к применению при отработке карьерных полей Березовского, Итатского, Абанского буроугольных месторождений, горногеологические условия которых аналогичны карьерному полю разреза «Бере-зовский-1».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шорохов, В.П. Варианты технологии горных работ в филиале ОАО «СУЭК-Красноярск» «Разрез Березовский-1» [Текст] / A.B. Федоров, В.П. Шорохов, В.Е. Кисляков, С.А. Бобров. -М.: Уголь, 2009. № 12, - С. 7-10.

2. Шорохов, В.П. Развитие технологических схем производства горных работ в разрезе «Березовский-1» ОАО «СУЭК - Красноярск» [Текст] / A.B. Федоров, В П. Шорохов, В.Е. Кисляков, С.А. Бобров. - М.: Горная промышленность, 2009. № б, - С. 25-27.

3. Шорохов, В.П. Обоснование технологии открытой разработки мощных угольных пластов при веерном продвигании фронта работ в условиях филиала ОАО «СУЭК-Красноярск» «Разрез Березовский-1» [Текст] / В.П. Шорохов,

A.B. Федоров, В.Е. Кисляков. - М.: Уголь, 2011. № 4, - С. 20-24.

4. Шорохов, В.П. Веерный способ разработки мощных угольных пластов в условиях филиала ОАО «СУЭК-Красноярск» «Разрез Березовский-1 »[Текст] /

B. П. Шорохов, В.Е. Кисляков. - М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, 2011. № 5, - С. 85-87.

5. Шорохов, В.П. Патент РФ № 2394157. Способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых [Текст] / A.B. Федоров, В П. Шорохов, В.Е. Кисляков, С.А. Бобров. - Опубликован 10.07.2010.

6. Шорохов, В.П. Анализ горных работ ОАО « СУЭК-Красноярск» и схемы развития филиала «Разрез Берёзовский-1» [Текст] / A.B. Фёдоров, В.П. Шорохов, В.Е. Кисляков, С.А. Бобров. И Современные технологии освоения минеральных ресурсов. - Красноярск: СФУ, 2009. №7, - С.144-153.

1

Подписано в печать 18.10.2011. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 5166

Отпечатано полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041 Красноярск, пр. Свободный, 82а Тел/факс (391)249-74-81,249-73-55 E-mail: print_sfu@mail.ru; http://lib.sfu-kras.ru

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Шорохов, Владимир Павлович

Введение.

1 Современное состояние технологий открытой разработки мощных угольных пластов и обоснование технологических схем при параллельном подвигании фронта горных работ.

1.1 Современное состояние производственных мощностей канско-ачинского угольного бассейна.

1.2 Обоснование вариантов развития горных работ на разрезе «Березовский-1».

1.3 Технологические схемы с организацией горных работ на разрезе «Березовский-1» при параллельном перемещении фронта работ.

1.3.1 Расчет производительности и количества оборудования.'.25'

1.3.2 Экономическое обоснование выбора варианта развития' горных работ при параллельном подвигании фронта работ.36.

2 Состояние изученности вопроса о веерном перемещении фронта и обоснование развития горных работ на разрезе «Березовский-1» ОАО «СУЭК-Красноярск» при их веерном подвигании.

2.1 Основные понятиям фронте горных работ.

2.2 Направления1 перемещения фронта горных работ.

2.3 Опыт применения веерного подвигания фронта работ в отечественной^и зарубежной практике.«.

2.4 Развитие горных работ на разрезе «Березовский-1» при веерном подвигании фронта.

3 Исследование элементов системы разработки с веерным подвиганием фронта работ и обоснование технологических параметров.

3.1 Обоснование ширины и типа добычных экскаваторных заходок.

3.2 Обоснование ширины рабочих площадок.

3.3 Обоснование параметров ниш на флангах фронта работ для экскаватора ЭРШРД-5250.

3.4 Определение угла наклона забойных и магистральных конвейеров.

3.5 Обоснование параметров внутренних отвалов.

3.6 Удлинение фронта работ при веерном подвигании-.

3.7 Спрямление фронта работ после перехода на веерное подвигание.

4 Обоснование производительности роторного комплекса, производственной мощности предприятиям регулирования режима добычных работ при веерном перемещении фронта.

4.1 Обоснование производительности роторного комплекса на добычных работах.

4.2 Обоснование производственной мощности предприятия, её стабилизации и регулирования режима угледобычи.

5 Экономическое обоснование эффективности технологических решений при веерном подвигании фронта работ.'.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование технологии открытой разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий"

Актуальность работы.

В настоящее время по поручению Правительства Российской Федерации разрабатывается программа развития угольной отрасли до 2030 г. Предстоящей период реализации программы будет характеризоваться усилением глобальной конкуренции, охватывающей, рынки угля, капиталов, технологий и рабочей силы. По» оценке российских и* зарубежных экспертов. угольная генерация в энергетике России расти не будет. Это ставит перед • угольной', промышленностью вопросы по, решению задач модернизации предприятий^* и< развитию новых технологий* в добыче угля для снижения издержек в-, производстве [13;25].

Обоснование- положения о перспективности освоения месторождений бурого, угля Канско-Ачинского бассейна исходит из благоприятности горноI геологических условий (мощность пластов до 60 м., их горизонтальное и пологое залегание, низкий коэффициент вскрыши) и из- сравнительной оценки качественных показателей с углями других бассейнов.

Вместе с тем, имеющиеся! на крупных угольных разрезах Канско-Ачинского бассейна («Бородинский», «Березовский-1», «Назаровский») производственные- мощности- по добыче угля в перспективе не будут востребованы в полном1 объеме. Особо1 затратной оценивается эксплуатация горно-транспортного оборудования большой единичной мощности на разрезе «Березовский-1» ОАО «СУЭК-Красноярск», где загрузка мощных добычных комплексов составляет 20-30% от проектной.

Долгосрочное планирование развития горных работ на примере разреза «Березовский-1» выявило ряд проблем, снижающих эффективность параллельного подвигания фронта работ. Выбытие из производственной мощности 1-го блока, приближение 1Г-го блока к границе санитарно-защитной зоны (СЗЗ), систематические капитальные затраты на наращивание магистральных конвейеров и, как следствие, простои добычного комплекса на время пусконаладочных работ, удорожание транспортировки угля - определили необходимость модернизации горных работ. Повышение эффективности горных работ возможно в результате перехода на веерное подвигание фронта.

В работах ряда российских учёных показана возможность повышения5 эффективности разработки мощных угольных пластов горизонтального * и пологого залеганий; прииспользовании веерного перемещения фронта- работ. Однако, теория; этого вопроса разработана; недостаточно и на отечественных разрезах веерное подвигание фронта ещё не нашло применения; Применительно к разрезу «Берёзовский-1». переход, на веерное; подвигание позволит: .

• исключить необходимость постоянного наращивания наклонных магистральных конвейеров;

• исключить, строительство дополнительного путепровода под наклонными магистральными конвейерами; необходимого; 11ри• параллельном подвигании фронта работ;

• исключить, горно-капитальные работы по строительству разрезной: и выездной траншей в III блоке;;

• сократить объемы вскрышных работ при отработке II блока по-формированию целика: угля для- размещения- магистральных конвейеров и организации транспортировки вскрышных пород;

• уменьшить эксплуатационные затраты в ближайший 20-летний, период за счет вовлечения в отработку запасов с меньшим коэффициентом вскрыши;

• стабилизировать расстояние транспортировки угля.

Таким образом, научно-техническая: задача обоснования, рационального? развития технологии; разработки мощных угольных пластов с веерным •перемещением фронта является актуальной.

Цель работы. Обосновать возможность и эффективность изменения направления подвигания фронта горных работ в ходе открытой разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого: залеганий.

Идея работы. Эффективность отработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий достигается путём перехода на веерное подвигание фронта горных работ.

Основные задачи исследования.

1. Определить возможность и эффективность перехода с параллельного на веерное подвигание фронта горных работ в ходе разработки мощных угольных горизонтальных и пологопадающих пластов;

2. Разработать алгоритм выбора; элементов веерного; подвигания фронта работ и положения поворотного пункта.

3. Исследовать элементы; системы разработки с веерным подвиганием фронта работ, определить степень изменения технологических параметров:

4. Выявить возможность и эффективность удлинения1 фронта горных работ в случае перехода на веерное его подвигание, а также его по следующего спрямления. •

5. Определить производительность выемочно-погрузочных комплексов при- работе в клиновидном? эксплуатационном; блоке, а. также обосновать изменение производственной мощности; предприятия при переходе на веерное подвигание фронта горных работ.

Методы исследований. Изучение и обобщение научно-исследовательских работ, литературных источников; патентных^ фондовых материалов, ш практического опыта.; Математическое, моделирование показателей технологических процессов горных работ.

Основные научные положения:

1. Веерное перемещение фронта; горных работ при отработке мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий по поточной технологии возможно; путём реализации принципа параллельности осей хода экскаваторов осям забойных ленточных конвейеров с организацией центрального поворотного пункта.

2. Выемка горной массы техникой непрерывного действия при веерном подвигании фронта работ производится- клиновидной; заходкой; главным 5 параметром которой является ее ширина на фланге, а минимальная ширина заходки у поворотного пункта компенсируется проходкой врезной ниши.

3. Стабилизация производственной мощности предприятия при веерном подвигании фронта работ обеспечивается регулированием режима угледобычи, который- заключается в расстановке экскаваторов по? длине фронта: работ в забоях с разной шириной или работесмежными заходками.

Обоснованность и достоверность результатов; работы подтверждена патентной защитой полученных, решений, применением- современных методов исследований- и аналитических- методов; расчёта, широкой апробацией в. производственных, научных и проектных организациях:

Научная новизна работы:

• доказана- возможность и эффективность- изменение направления; развития» фронта горных работ в ходе разработки мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий;

• разработан алгоритм выбора элементов веерного подвигания фронта горных работ и местоположения центрального поворотного пункта;

• сформирован принцип параллельности; осей хода добычных и, вскрышных экскаваторов, а так же забойных ленточных конвейеров, при веерном1 подвигании фронта горных работ;

• выявлена; математическая" зависимость производственной мощности; предприятия» при веерном» подвигании фронта работ от производительности добычного< комплекса; типа и ширины добычных заходок, планограммы отработки подготовленных запасов: .

Практическую ценность имеют:

• принципиально новые- технологические схемы горных работ при веерном подвигании фронта и клиновидных добычных; заходках (патент РФ на изобретение №2394157);

• технологические решения по регулированию режима добычных работ при веерном подвигании фронта;

• технологические решения по удлинению фронта работ при веерном его подвигании;

• технологические решения по спрямлению фронта работ после перехода на веерное его подвигание.

Личный вклад автора:

• формирование и постановка задач исследований, разработка методики их решения при переходе на веерное подвигание фронта работ;

• разработка технологических- схем при веерном подвигании с клиновидными и смежными заходками;

• разработка математической модели по определению производственной мощности предприятия,при,веерном- подвиганшгфронта горных работ;

• разработка методических положений по способу регулирования режима горных работ;

• разработка методики^ оценки и определения эффективности предложенных технологических решений.

Реализация работы. Технология разработки при веерном подвигании фронта горных работ включена в состав проектной* документации по техническому перевооружению горнотранспортной части разреза «Березовский-1», разработка которой предусмотрена инвестиционной программой »ОАО «СУЭК-Красноярск» в 2011-2012 г.г.

Апробация работы. Содержание работы докладывались на:

• VII международной научно-технической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов», г. Красноярск (2009 г.);

• совещании главных инженеров и технических служб ОАО «СУЭК» по техническому развитию угольных предприятий, г. Владивосток (2010 г);

• научно-практической конференции «Техническое перевооружение карьеров» НТЦ «Горное дело» в рамках мероприятий «Недели горняка»; Москва (2011 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, их них: 4 в изданиях, рекомендованных списком ВАК; 1 патент на изобретение.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложена на 113 страницах машинописного текста, включая 44 рисунка, 17 таблиц и список использованной литературы из 57 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Шорохов, Владимир Павлович

Выводы. С учетом снижения производительности добычных комплексов при веерном подвигании фронта работ разработаны технологические решения по регулированию режима добычных работ, заключающегося в опережающем запуске одного из экскаваторов, а при достижении минимальной производительности — в запуске второго. Регулирование режима горных работ установлено на основе производительности выемочно-погрузочных комплексов, рассчитанной с учетом чистого времени их работы и времени на вспомогательные операции в зависимости от ширины заходки на конкретном участке фронта работ. «Пиковые» потребности необходимых объемов угля, складывающиеся в зимний период, могут быть выровнены за счет включения в работу смежной заходки. Таким образом, происходит усреднение производительности добычных экскаваторов и обеспечивается стабилизация производственной мощности на примере разреза «Березовский-1» на уровне 11,5 млн. тонн угля в год.

5 Экономическое обоснование эффективности технологических решений; при веерном подвигании фронта работ

Определить эффект от предлагаемых технологических решений возможно сравнением вариантов разработки с параллельным и веерным подвиганием фронта работ. Период сравнения ограничивается существующими' решениями действующего Проекта «Реконструкция горно - транспортной части «Разреза «Березовский-1» с увеличением: мощности с:6;0?до> 14,5?" шш^тоннс'угля«-' в год» до 2022 года включительно. Экономическое' сравнение вариантов подвигания фронта на последующие периоды некорректно:

Кроме того л в расчете принят ряд условий: транспортирование угля в обоих случаях производится« но существующим* магистральным; и- четырем забойным; (согласно действующему Проекту) конвейерам; производительность предприятия, по углю при' параллельном подвигании фронта определяется в рамках действующего проекта и принята 11,5 млн.т. в> год; , производственная мощность при веерном подвигании фронта ограничена максимально возможной;, определенной настоящей работой, и составляет 11,5 млн.т. в год (см. раздел 4.2). Результаты расчетов представлены в таблицах 5.1-5.2.

В^обобщенном расчете выявлены^следующие закономерности: Основной статьей экономии от перехода на= веерное подвигание является исключение затрат наращивания става наклонных магистральных конвейеров. Динамика увеличения коэффициента вскрыши и, как результат, объема вскрышных работ при веерном подвигании фронта ниже, чем при параллельном. Расстояние транспортировки угля при веерном подвигании не меняется в связи с отсутствием необходимости наращивать став магистрального конвейера. Расстояние, транспортировки вскрышных пород во внутренние отвалы увеличивается равномерно в обоих вариантах. Затраты на передвижку забойных конвейеров, при; одинаковом количестве передвижек, при верном подвигании меньше на 15 % в связи со снижением площади их переноса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При обосновании; варианта развития горных работ на примере разреза «Березовский-1» в зависимости от геологических, горно-технологических и социально-экономических условий были рассмотрены технологические схемы; разработки/вскрышных пород с использованием автотранспортной технологии; с экскаваторами, типа механическая лопата, кранлайнами и на добычных работах с применением-.роторных и цепных экскаваторов меньшей единичной1;

МОЩНОСТИ:

Сравнительная? оценка технологических схем. позволила^ установить; наиболее эффективный вариант при параллельном подвигании фронта работ — это технологическая, схема с применением на- вскрышных работах, кранлайнов ДШП-25.50 и на добычных - роторных экскаваторов ЭРШРД - 5250. Применение на вскрыше кранлайнов ДШ11-25.50 в совокупности с существующей поточной технологией; на- добычных работах приведет к существенному уменьшению количества» уступов5 ж транспортных берм? и определяет наибольшую эффективность горных работ. Эта схема обеспечивает И; максимальную экономическую эффективность. Величина чистого дисконтированного дохода, внутренняя норма доходности и индекс доходности в этом варианте наибольшие.

Однако, разработанные технологические схемы горных работ при параллельном подвигании фронта1 с применением различного типа горнотранспортного оборудования не позволяют осуществить техническое перевооружение предприятияиз-за необходимости привлечения; значительных инвестиционных средств на приобретение оборудования, значительной стоимости: и неэффективности эксплуатации конвейерных линий; и в этом случае* не исключается; систематическая и затратная технологическая операция по наращиванию ставов наклонных магистральных конвейеров; при которой не обеспечивается принцип поточности.

В целях повышения эффективности горных работ рекомендована модернизация горно-транспортной части разреза путем перехода с параллельного подвигания фронта на веерный.

В результате анализа информации о веерном перемещении фронта горных работ установлено, что теоретические основы данного вопроса рассматриваются в основополагающих классификациях систем разработок и рекомендациях ведущих специалистов! в области проектирования главных параметров карьера. Однако, теория этого вопроса разработана недостаточно.

Действующих или завершивших эксплуатацию угольных предприятий с развитием фронта горных работ по вееру с фиксированным поворотным пунктом на территории Российской Федерации и бывшего СССР не выявлено.

В странах мира (Германия, Сербия, Индия) имеются-угольные разрезы, на которых успешно применяется веерное подвигание фронта- работ или комбинация^ применения* параллельного и веерного способов. Главным1 признаком, определяющим выбор веерного способа подвигания фронта работ на разрезах этих стран, является форма карьерного поля.

Применение веерного способа подвигания может диктоваться* и определенными характерными условиями. Например, на разрезе «Березовский-1» конфигурация» границы санитарно-защитной зоны при параллельном подвигании фронта работ приведет к сокращению длины фронта горных работ на 450 м, что может отразитьсяна производительности-разреза.

В условиях разреза «Березовский-1» при. веерном подвигании фронта работ представляется возможность отказаться от строительства разрезной и выездной-траншей при отработке III блока и сократить объемы вскрыши при отработке II блока по формированию1 целика угля для размещения магистральных конвейеров.

На разрезе «Березовский-1» имеется мощный стационарный погрузочно-транспортный комплекс, находящийся в технологической связи с забоеми по добыче угля и требующим непрерывности производственного процесса.

Таким образом, признаки, определяющие параллельное или веерное подвигание фронта работ в зависимости от получения наибольшего эффекта в каждом конкретном случае при решении задач по выбору оптимального направления подвигания фронта работ, имеют подчиненное значение, которое необходимо установить для этого. Отсюда признак, определяющий способ подвигания фронта горных работ в зависимости от формы карьерного поля при открытой1 разработке, переходит из разряда главенствующего в форму подчиненного значения, а> его* место занимают признаки, определяющие направление подвигания» фронта работ, которые должны« ликвидировать технологическую операцию по систематическому наращиванию ставов главных конвейеров и обеспечить принцип поточности.

Таким признаком является наличие стационарного- погрузочно-транспортного комплекса, находящегося в технологической связи» с забоями по добыче угля, и требующего? обеспечения, непрерывности производственного процесса.

Реализация1 веерного подвигания фронта работ при отработке мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий возможна путём обеспечения принципа параллельности осей' хода добычных и вскрышных экскаваторов, а так же забойных конвейеров при выемке угля- клиновидными заходками и установлении? поворотного пункта в месте перегрузки угля с забойных на наклонные магистральные конвейеры. Указанный принцип и способ < разработки при веерном подвигании фронта работ защищен^ патентом РФ4 [44] и позволяет отрабатывать запасы блоков II и III без наращивания ставов наклонных магистральных конвейеров и создания^ дополнительных вскрывающих выработок.

Перемещение фронта горных работ по вееру производится с центральным поворотным пунктом, расположенным в месте перегрузки угля с забойных на наклонные магистральные конвейера. При переходе от параллельного фронта горных работ к веерному угол поворота фронта будет определяться шириной добычной заходки.

При оценке динамики формирования фронта горных работ при его переходе на веерное подвигание с возможностью вовлечения в эксплуатацию запасов III блока и геометрического анализа карьерного поля разреза «Березовский-1» было установлено:

1. До момента достижения угля поворота фронта работ относительно первоначального (параллельный фронт) - 105° - направление разработки пород и выемка угля осуществляется по падению пласта.

2. В* интервале значений угла поворота фронта работ от 105° до 180? горные работы, ведутся' по восстанию угольного* пласта, что позволяет сформировать постоянную схему водоотлива на весь период' отработки^ запасов НГ блока.

3: При повороте фронта работ на 180° дальнейшая добыча запасов III блока1 осуществляется параллельными заходками. При этом отпадает необходимость в организации^ горно-капитальных работ по строительству выездной^ и разрезной* о траншей с общими объемами выемки горной массы порядка 40 млн.м .

4. Веерный способ подвигания) фронта работ позволяет выравнивать коэффициент вскрыши, за счет частичного вовлечения' запасов с большим коэффициентом»вскрыши по периодам отработки. В результате, в ближайшие 20 < лет представляется возможным сократить объем вскрышных работ по сравнению л с параллельным фронтом на 26 млн. м*.

5.Угол падения пласта по фронту работ (угол наклона' забойных конвейеров) достигает 1° при развороте фронта до 35°. Это позволяет отработать 120 млн. т. запасов без. изменения условий эксплуатации забойных конвейеров. Максимальный угол наклона конвейеров' составляет 2,6° и достигается при развороте фронта на 105°; после чего он снова снижается-и при развороте на 160° снова составит 1°. Таким образом, на участке фронта с разворотом 35°-160° условия эксплуатации забойных конвейеров изменяются и потребуется их модернизация. Вместе с тем, действующие забойные конвейера на разрезе «Березовский-1» эксплуатируются* с исчерпанным остаточным ресурсом их безопасной эксплуатации, поэтому модернизация забойных конвейеров является

106 проблемой настоящего времени независимо от способа подвигания фронта работ.

6. При веерном подвигании условия эксплуатации роторных экскаваторов не меняются.

Ширина добычной заходки является ключевым параметром в, вопросе перехода от параллельного к веерному подвиганию фронта. При веерном подвигании она имеет клиновидную форму с переменной» шириной, которая снижается от фланга к поворотному пункту от некоторого значения до нуля, что определенно стационарным положением перегрузочного пункта с забойных конвейеров на магистральные. Разработанные технологические схемы позволяют варьировать заходками шириной 60, 75 и 120 м в зависимости от необходимого объемаподготовленных запасов.

Размер ширины рабочей площадки на всей длине фронта работ остается постоянным«и< составляет 113, 125 и 233 м, при ширине добычной заходки на фланге 60, 75 и 120 м соответственно.

Параметры ниши на флангах фронта горных работ при» ширине экскаваторной заходки 60 м не меняется в сравнении с параллельным способом подвигания. При» увеличении ширины заходки до 75 м ниша формируется с дополнительным подшагиванием экскаватора; при смежных заходках ниши в каждого из заходок составляют 60 м. После создания ниши работа осуществляется с перегружателем ПКЗ-5250 до ширины смежной заходки 30 м.

При обосновании параметров внутренних отвалов для минимизации расстояния транспортировки пород рассмотрены 3 варианта внутреннего отвалообразования по условиям дальности транспортировки и сокращения количества ярусов отвала. Наиболее эффективным является вариант с полным заполнением емкости фланговой траншем.

При веерном подвигании фронта работ технологически обоснована возможность удлинения фронта на 600 м, что обеспечивает увеличение производственной мощности разреза на 7-10% с доведением её до 12,5 млн. т. угля в год.

Оптимальным положением для спрямления фронта горных работ (возвращение к параллельному подвиганию) является первый период ведения работ при угле поворота до 5°.

Разработаны технологические решения по регулирования, режима добычных работ, заключающегося в опережающем запуске одного из • экскаваторов а при достижении» минимальной'производительности - в запуске второго. Регулирование режима: горных работ установлено на основе производительности роторных экскаваторов, рассчитанной с учетом чистого, времени их работьг и времени'на-вспомогательные операции в зависимости от ширины-заходки.на конкретном участке фронта работ. «Пиковые» потребности необходимых- объемов угля; складывающиеся в зимний период, могут быть выровнены, за счет включения в работу смежной- заходки. Таким образом происходит усреднение производительности! добычных экскаваторов, № обеспечивается стабилизация производственной мощности предприятия- на уровнеТ1,5 млн. тонн угля в-год.

При экономической оценке производственных затрат по вариантам подвигания фронта работ выявлено снижение производственной себестоимости одной тонны угля на 8,5'руб. в пользу веерного способа.

Показатели эффективности, выявленные в пользу веерного, подвигания фронта горных работ при отработке запасов угля II и III'блоков, обеспечивают снижение инвестиционных затрат на 3780 млн. руб.

Очевидных причин1 для-отклонения-веерного способа подвигания горных работ в условиях разреза'«Березовский-1» не выявлено.

Технология/ открытой» разработки; мощных угольных пластов горизонтального и пологого залеганий с веерным перемещением фронта горных работ может быть рекомендована к применению при отработке карьерных полей Березовского, Итатского, Абанского месторождений, горно-геологические условия которых аналогичны карьерному полю разреза «Березовский-1».

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шорохов, Владимир Павлович, Красноярск

1. Анистратов, Ю.И. Технологические процессы открытых горных работ Текст. / Ю.И. Анистратов. Учебник для Вузов. М.: Недра, 1995. - 351с.

2. Анистратов, К.Ю. Карьерные экскаваторы = гидравлика или канат? Текст. / К.Ю. Анистратов. М.': Уголь, 2010. №6, С.31-35.

3. Арсентьев, А.И. Вскрытие и системы« разработки карьерных полей Текст. / А.И. Арсентьев. М.: Недра, 1981. - 278с.

4. Артемьев, В.Б. Шесть причин целесообразности приобретения, универсального оборудования большойt единичной мощности Текст. / В.Б. Артемьев, Г.Н. Шаповаленко. -М.: Уголь, 2011. №4, -С.26-29.

5. Астахов, A.C. Динамические методы оценки эффективности горного'производства Текст. / A.C. Астахов. М.: Недра, 1973;6; Варийчук, М.И. Оптимизация параметров* открытой разработки россыпей Текст. / М.И. Варийчук, В.И. Натоцинский. — М.: Недра, 1985. -197с.

6. Виницкий, К.Е. Основные направления^ научно-технического прогресса на угольных разрезах Текст.' / К.Е. Виницкий. Сборник научных трудов «Новая технология и техника для открытой добычи», 1985.

7. Владимиров, В.М. Повешение производительности карьерных многоковшевых экскаваторов Текст. / В.М.Владимиров, В:Н. Трофимов. М.: Недра, 1980.

8. Вопросы совершенствования горных работ на* шахтах и. карьерах Сибири Текст. / Сборник научных трудов // Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1990.

9. Егин, Б.А. Определение параметров, систем разработки с внутренним отвалообразованием Текст.,, / Б.А. Егин. — Ленинградский горный институт, 1979.

10. Егурнов, Г.П. Выборг оптимальной мощности угольных и железорудных карьеров Текст. / Г.П. Егурнов. М.: Недра, 1974.- 240с.

11. Краснянский, Г.А. Формирование энергоугольных кластеров — инновационный этап технологической реструктуризации угольной промышленности Российской Федерации Текст. / Г.А. Краснянский. — М.: Уголь, 2011. №4, С.42-46.

12. Кузнецов, K.K. Системы разработки и транспорт на карьерах Текст. / К.К. Кузнецов, А.И. Ястребов, JI.H. Клепиков, В.Д. Красильников, А.К. Мастеров, A.A. Мкртычан, П.И. Слободчиков, В.М. Смирнов, K.M. Третьяков. -М.: Недра, 1974.

13. Леванковский, И.А'. Инновационные технологии добычи, переработки и использования угля Текст. /И.А. Леванковский. М.: Уголь, 2011. №4, - С.46-48.

14. Литвин, О.И. Сравнительная оценка.производительности обратных гидравлических лопат в различных горно -технических условиях Текст. /О.И. Литвин, A.A. Сысоев. MI: Уголь, 2008. №10, - С. 8-9.

15. Маркевич, Ю.В. Особенности эксплуатации магистральных конвейеров большой единичной мощности в условиях разработки угольных месторождений Текст. / Ю.В. Маркевич. Красноярск: Геология и минеральные ресурсы центральной Сибири, 2005*.

16. Маркевич, Ю.В. Проблема использования* мощного горно -транспортного оборудования непрерывного действия в, условиях Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса Текст. / Ю.В. Маркевич, Е.А.Зимакова; A.B. Минеев. -М.: Уголь, 2006. №6, С. 32-34'.

17. Мельников, Н.В: Теория, и практика открытых разработок Текст. /HIB;Мельников, А.И: Арсентьев, М'.С. Газизови др. М:: Недра, 1973.- 636с.

18. Мельников, HIB. Краткий справочник по открытым горным работам Текст. / Н.В. Мельников. -М.: Недра, 1982.- 414с.

19. Минеев, A.B. Оценка технического состояния конвейеров большой единичной мощности Текст. / A.B. Минеев, A.B. Афанасьев. -М.: Макс Пресс,2009. 168с.

20. Новожилов, М.Г. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых Текст. / М.Г. Новожилов,» A.C. Фиделев. — Киев: Гостехиздат УССР; 1963.

21. Новожилов, М.Г. Горногеометрический анализ и режим горных работ карьеров Текст. / М.Г. Новожилов, Б.Н. Тартаковский, М.С. Четверик. -Киев: 1970.

22. Новожилов, М.Г. Технология открытой разработки месторождений • полезных ископаемых. 4.2 Текст. / М.Г. Новожилов, B.C. Хохряков, Г.Д. Пчёлкин, B.C. Эскин. — М.: Недра, 1971.- 552с.

23. Плакиткин, Ю.А. Возможные сценарии долгосрочной программы развития угольной отрасли до 2030г. Текст. / Ю.А. Плакиткин. — М.: Уголь,2010. №10, -с.27-30; №11, С. 3-7.

24. Подэрни, Р.Ю. Угольная промышленность США Текст. / Р.Ю. Подэрни. -М.: Недра, 1968.

25. Подэрни, Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых горных работ Текст. / Р.Ю: Подэрни. -М'.: Недра, 1985. 545с.

26. Пономарев, В.П: Экономика инноваций в угольном бизнесе Текст. / В.П. Пономарев. -М.: Уголь, 2008. №10, С.31-34.29. • Развитие теории открытых горных работ Текст.; Mi: Московский горный журнал, Сборник научных докладов, 199 Г.

27. Ржевский,. В.В. Технология, и комплексная механизация открытых горных работ Текст.;/В:В1Ржевский:-MI: Недра, 1966.

28. Ржевский, В.В. Научные основы проектирования карьеров Текст. / В.В:Ржевский, М.Г. Новожилов, Б;П: Юматов. М.: Недра, 1971. - 600с.

29. Ржевский; ВЖ Процессы открытыхгорныхработТекст.? / B1BL ■ Ржевский. М.: Недра, 1978: ■ ' ■ '

30. Суетин,. F.F. Современное состояние и перспективы угольной промышленности капиталистических стран? Текст.; / F.F. Суетин, А.Ю. Саховалер. М.: ЦНИЭИуголь, 1967.

31. Томаков, П.И. Экология и охрана, окружающей среды при открытых горных работах Текст. / Н:И; Томаков.- М.: изд. МЕТУ, 2000г.

32. Трубецкой; К.Н. Открытые Торные работы; Текст. / К.Н:Трубецкощ. M.F. Потапова, К.Е. Виницкий и- др. // Справочник. М:: Горное бюро, 1994. 590с.

33. Трубецкой;, К.Н. Проектирование: карьеров Текст. / К.Н. Трубецкощ Г.Ж Краснянский, В.В. Хронин. // 2-е изд., перераб: и доп. - М1.: Издательство Академии горных наук, 2001,- Т.1. - 519с.

34. Трубецкой; K.Hi Типоразмерный ряд кранлайнов для высокоуступной геотехнологии на открытых разработках Текст. /К.Н.Трубецкой, И.А.Сидоренко, АЛ Г. Домбровский, М.Н. Котровский. -М.: Горное оборудование и электромеханика, 2009. №10 С. 2-6.

35. Фёдоров, A.B. Варианты технологии горных работ в филиале ОАО «СУЭК Красноярск» «Разрез Березовский - 1» Текст. / A.B. Федоров, В.П.

36. Шорохов, В.Е. Кисляков, С.А. Бобров. -М.: Уголь, 2009. № 12,- С.7-10.

37. Федотов, И.П1 Открытая-разработка сложноструктурных угольных пластов Текст. / И.П. Федотов, К.Е. Виницкий. М.: Недра, 1982. -143с.46; Шешко, Е.Ф. Разработка месторождений полезных ископаемых открытыми работами Текст. / Е.Ф.' Шешко; Харьков 1951.

38. Шорохов, В.П. Развитие сырьевой! базы КАТЭКа в условиях новой, эколого экономической ситуации Текст. / ВЛ. Шорохов. - М.: ЦНИЭИуголь, 1992, - 42с.

39. Юматов, Б.П. Открытая разработка сложноструктурных месторождений цветных металлов. Текст. / Б.П. Юматов, Б.П. Байков, В.П. Смирнов.-М.: Недра, 1973, 192с.

40. Разрез «Радльево» (Сербия). Интернет - ресурс: http://wapedia.mobi/ru/Kofly6apa.

41. Разрез «Вельцов-Зюд» (Германия). Интернет - ресурс:112http://www.mining-enc.ш/g/germanskaya-demokraticheskaya-respublika/.

42. Разрез «Нимч» (Германия). Интернет - ресурс: -http://wvm.mining-enc.rU/g/gennanskaya-demokraticheskaya-respublik

43. Разрез «Мте-2» (Индия). Интернет - ресурс: -http://www.mining-enc.rU/i/indiya/.

44. Разрез «Хамбах» (Германия). — Интернет — ресурс: -http://www.tetralab.ru/display/QW/Tagebau+Hambach.

45. Разрез «Цвенкау» (Германия). Интернет - ресурс:-http://mapru.com/gmap/mdex.php?newsid=43652.