CC BY
28
--© А.И. Косолапов, Д.Е. Малофссв,
Д.В. Кузнецов, 2013
УДК 622.271.33
А.И. Косолапое, Д.Е. Малофеев, Д.В. Кузнецов
К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В СУРОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Приведены результаты оценки влияния комплексов горно-транспортного оборудования на интенсивность открытых горных работ в условиях Севера. Ключевые слова: технологические комплексы горно-транспортного оборудования, интенсивность горных работ, максимальное годовое понижение в рабочей зоне.
Основные тенденции открытых горных работ на ближайшую перспективу характеризуются постоянным ростом объемов выемки горной массы, вызванным, главным образом, увеличением потребности в полезных ископаемых и все более ухудшающимися условиями разработки месторождений. Прогноз планируемых объемов открытых разработок до 2030 года по данным НТЦ «Горное дело» [1] показывает их постоянный рост с превышением текущих суммативных показателей по всем отраслям промышленности в 1,6 раза.
Генеральное развитие сырьевой базы связано с освоением территорий Севера, Сибири и Дальнего Востока. Разработка месторождений в этих районах будет осуществляться в суровых климатических условиях, с преимущественным применением цикличной технологии, основанной на экскаваторно-автомобильных комплексах.
Адаптация к данным условиям требует изыскания в технологии открытых горных разработок инновационных направлений, позволяющих интенсифицировать производственную мощность предприятий. Одним, из которых, можно считать, общепринятый переход на карьерное оборудование больших типоразмеров.
В настоящее время передовые горнодобывающие предприятия России находятся на стадии полного технического перевооружения. На рис. 1 и 2 приведены графики динамики средней вместимости ковша используемых экскаваторов за период 1980—2030 гг., построенные с учетом данных [1, 2]. На рис. 3 показано количество автосамосвалов грузоподъемностью более 120 т, произведенных за последнее время Белорусским автозаводом [1].
Вышеизложенное подтверждает и соответствует мировой тенденции ведения вскрышных и добычных работ экскаваторно-транспортными комплексами большой единичной мощности. Статистика закупа экскаваторов P&H и Bucyrus показана на рис. 4 [1].
Расширение рынка карьерной техники на современном этапе наблюдается как по мощности, так и по типам. Наряду с мощными гидравлическими экскаваторами ведущих мировых фирм Komatsu, Hitachi, O&K, Liebherr в
парках горных предприятий России встречаются зарубежные электромеханические экскаваторы Р&Н 2300ХРС, Р&Н 2800ХРС, Р&Н 4100ХРС,
3 3 3 3
Висугиэ 495НЭ вместимостью ковша 25м , 32м, 57м, 42м°, соответственно. Крупнейший производитель отечественных карьерных экскаваторов ООО «ИЗ-КАРТЭКС», учитывая современные потребности рынка горного оборудования, реализует стратегию производства новой линейки экскаваторов ЭКГ-12К, ЭКГ-18Р (ЭКГ-20К), ЭКГ-32Р(35К), ЭКГ-50, часть из которых в настоящее время успешно эксплуатируются на отечественных горнодобывающих предприятиях.
400
Годы закупа
Рис. 1. Динамика закупа экскаваторов в России и странах СНГ с прогнозом до 2030 года
Годы закупа
Рис. 2.Динамика вместимости ковша закупаемых экскаваторов в Росси и странах СНГ с прогнозом до 2030 года
у - 67,305х°'зш
И 1997 199S 1999 2000 2001 2002 2003 2004 200? 2006 2007 200S 2009 2010
Годы
—*—120-1 36т -180т —-1 20т всего
Рис. 3. Производство карьерных самосвалов БелАЗ грузоподъемностью более 120 т
30
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Годы закупа
Рис. 4. Динамика изменения средней вместимости ковша электромеханических экскаваторов Р&Н и Бисугиэ
Проведенный обзор рынка карьерных экскаваторов и автосамосвалов, при объединении их в группы по равнозначным техническим характеристикам формирует как минимум около 350 конкурентоспособных вариантов комплексов, ориентированных на отечественный рынок. При этом машины и оборудование китайского производства, все активнее предлагаемые в последнее время, исключены из настоящего исследования в связи с низким уровнем технической надежности.
Выбор и обоснование данных сочетаний оборудования достаточно затруднительны и требуют подробного анализа применительно к особенностям условий месторождений. Главным образом, необходимо учитывать приведенные капитальные и эксплуатационные затраты, определяющие оптимальный срок службы оборудования во взаимосвязи с разумным и конкурентоспособным уровнем цен, динамической и технической надежностью машин, природными условиями. Кроме того, технологические комплексы горнотранспортного оборудования должны соответствовать принципам системности, быть маневренными и стабильными.
В этой связи, обоснование интенсивности открытых горных работ в суровых климатических условиях, ориентированных на ассортимент рынка карьерной техники, является актуальной научно-практической задачей.
Для ее решения выполнены исследования с целью установления основных показателей, влияющих на интенсивность горных работ и параметры рабочей зоны в зависимости от вариантности механизации экскаваторно-автомо-бильных комплексов. В основу работы положены закономерности развития рабочей зоны карьера, выявленные профессором А.И. Арсентьевым [3] и актуализированные к возможному изменению количества экскаваторов.
При этом, максимально возможную скорость углубки карьера при производстве горных работ по вскрытию и подготовке новых горизонтов с учетом типоразмеров комплексов горно-транспортного оборудования (Ьмакс, м/год) определяли по формуле
, < х п (1) И х Ьб х п х Сдф + СдР) +1/С х (Ьб х п + Ьв+10 х (п -1) + 1т) х (Ь+И х Сда)'
где 0э - производительность экскаватора, м3/год; п - количество экскаваторов; И - высота уступов, м; Ьб - длина экскаваторных блоков в процессе работ по углубке на двух нижних уступах, м; ф\ - угол откоса рабочего борта на двух нижних уступах, град; в - угол направления углубки, град; С-коэффициент снижения производительности экскаваторов при проходке траншей, д.ед; Ьв -длина въездной траншеи, м; 10 - допустимое расстояние между экскаваторами при проходке и расширении траншеи, м; 1т - ширина площадки примыкания въездных траншей, м; Ь - ширина дна разрезной траншеи, град; а - угол откоса рабочего уступа, град.
Возможную скорость годового понижения рассчитывали по формуле
Ипмкс <--, (2)
пмакс И х Ьб х пх (Сдф + сдр)
где ф — угол откоса рабочего борта, град.
Необходимую скорость подвигания всех рабочих уступов для обеспечения скорости углубки вычисляли по формуле
V > И х (Сдф+с^дР) (3)
Длину экскаваторных блоков устанавливали с учетом выполнения закона динамичности рабочих забоев
Ьб = 0э х 1000/(И х V) (4)
Для более корректного решения поставленной задачи в табл. 1 приведена поправка на среднегодовое понижение добычных работ (АЬ) в зависимости от емкости ковша экскаватора [4]. Очевидно, что эти значения обоснованы в научных трудах 60-80-х годов прошлого века и справедливы для однотипного оборудования с ограниченной емкостью ковша до 20 м3 (см. рис. 2).
С учетом этого предложено продолжить расширить данные таблицы 1, адаптируя к конкурентным сочетаниям экскаваторов и автосамосвалов при од-нозвенных схемах выемки и погрузки горной массы и ее транспортирования.
Величину (АИ, м/год) определяли, как разницу между максимальной скоростью понижения базового комплекса оборудования (Иб) и рассматриваемого (И), принимая за базовый — комплекс минимальной единичной мощности.
Таблица 1
Поправка на среднегодовое понижение добычных работ в северной климатической зоне
Средняя емкость ковша экскаватора, м Угол падения рудного тела, град.
30-50 50-70 70-90
3 -5,4 -4,8 -4,2
4-5 -2,4 -1,8 -1,2
6 0,6 1,2 1,8
8 и более 5,6 6,2 6,8
Таблица 2
Поправка на среднегодовое понижение добычных работ в северной климатической зоне
Экскаваторы с электрическим приводом Экскаваторы с гидравлическим приводом
Средняя емкость 3 ковша, м Угол падения рудного тела, град. Средняя емкость 3 ковша, м Угол падения рудного тела, град.
30-50 50-70 70-90 30-50 50-70 70-90
5,1 0,0 0,0 0,0 5,0 0,0 0,0 0,0
10,0 8,3 8,7 8,9 7,0 1,1 1,1 1,1
12,0 14,7 15,2 15,6 10,0 12,0 12,9 13,4
15,0 24,1 25,2 25,9 11,0 14,2 15,1 15,8
18,0 25,6 26,8 27,6 15,0 14,9 15,8 16,4
20,0 27,3 28,7 29,6 18,0 22,6 24,2 25,3
25,5 29,1 30,6 31,6 20,0 23,2 24,9 26,0
30,0 32,5 34,1 35,2 22,0 24,9 26,6 27,8
33,6 34,1 35,8 37,0 26,0 27,1 28,9 30,2
35,0 34,3 36,1 37,3 30,0 29,9 31,8 33,1
42,0 35,8 37,8 39,1 34,0 30,7 32,8 34,1
45,9 37,8 39,8 41,2 40,0 34,3 36,6 38,1
50,0 40,5 42,6 44,1 42,0 37,9 40,2 41,8
60,0 43,7 46,1 47,7
АЬ = Ьб - Ь. (5)
Расчеты выполняли, учитывая системную связанность экскаваторно-транспортных комплексов, а их результаты приведены в таблице 2 для современных экскаваторов с электрическим и дизельным приводом. При выполнении расчетов оценивали изменение производительности и эффективности использования площади рабочей зоны экскаваторами и автосамосвалами соответствующих типоразмеров. Число загружаемых ковшей экскаваторов по рекомендациям ВНТП принимали от 3 до 7. Норматив обеспеченности взорванной горной массой соответствовал северной климатической зоне и составил 10 суток. Вся линейка экскаваторов разделена по возможности работы на уступах высотой 5, 10 и 15 м. При этом, минимальная высота уступа принята по условию наполнения ковша и больше, чем трехкратная высота ковша, а максимальная, исходя из условия безопасной работы в разрыхленном забое.
Таблица 3
Интенсивность горных работ в условиях одного из крупных золотодобывающих карьеров
Период Вместимость ковша экскаватора, м3 Грузоподъемность автосамосвала, т Условная производительность карьера по горной массе, д. ед Средняя площадь рабочей зоны, тыс. м2 Понижение, м Углубка в год, м/год Приведенная поправка на среднегодовое понижение горных работ, м
Фактическое Максимальное расчетное Фактическая Максимальная расчетная
1985-1986 гг. 5,0 5,7 30,0 30,0 1,0 24 20 85 10 16 0,0
1987 г. 5,0 30,0 1,6 38 20 85 10 12
1988 г. 5,0 30,0 1,9 41 30 85
1989 г. 5,3 30,0 1Д 32 10 85 10 10
1990 г. 6,5 30,0 1Д 17 30 93
1991 г. 8,3 8,4 30,0 30,0 1,8 76 10 106 5,4
1992 г. 8,4 30,0 1,6 41 20 106
1993 г. 8,4 30,0 1,7 32 40 106 10 20
1994 г. 8,4 30,0 2,0 57 30 106
1995 г. 8,4 30,0 3,8 50 60 106 10 14
1996 г. 8,4 30,0 5,5 57 50 106 10 10
1997 г. 8,6 9,3 90,0 96,2 11,5 98 50 98 10 22 8,9
1998 г. 8,7 90,0 24,2 106 140 213 20 51
1999 г. 8,7 90,0 33,5 116 120 213 30 52
2000 г. 8,8 90,0 39,0 125 170 213 20 48
2001 г. 8,8 90,0 40,3 128 150 213 40 61
2002 г. 8,8 90,0 39,0 120 160 213 30 50
2003 г. 8,8 90,0 41,5 108 190 213 30 54
2004 г. 8,8 90,0 40,6 122 180 213 50 51
2005 г. 8,9 90,0 47,5 112 240 234
2006 г. 9,8 94,2 62,2 232 150 186 50 55
2007 г. 9,8 96,6 73,5 281 190 278 50 52
2008 г. 9,8 96,1 71,4 277 190 278
2009 г. 9,2 101,0 56,2 168 270 325 20 18
2010 г. 9,2 105,9 52,3 113 310 315
2011 г. 10,3 110,6 40,2 108 290 289
Для проверки достоверности предложенной методики выполнена ее апробация в условиях одного из крупных золотодобывающих карьеров (таблица 3). Горные работы на месторождении развиваются в зоне сурового климата уже порядка тридцати лет. В течение этого времени наблюдается постоянное техническое перевооружение карьера.
При этом, можно выделить три этапа работы горно-транспортного оборудования, последующих из которых характеризуется заменой комплексов на более мощные и совершенные. Длительность этапов совпадает со сроком службы оборудования и варьирует от 7 до 10 лет. Кроме этого, на каждом этапе изменяется система вскрытия глубоких горизонтов.
Расчетные показатели интенсивности ведения горных работ соответствуют максимальным значениям в условиях минимально допустимых размеров рабочих зон. Средний угол падения рудного тела составляет 82 град. Поправка на среднегодовое понижение горных работ определялась по формуле 5 и приводилась к равным значениям площади рабочей зоны и производительности карьера.
Сопоставление полученных результатов и данных, представленных в нормативных материалах [4], показывает высокую сходимость, что подтверждает их достоверность и позволяет оценить эффективность работы экскаваторно-автомобильных комплексов на современном этапе технического перевооружения.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Материалы международной научно-практической конференции «Открытые горные работы в XXI веке», 4-6 октября 2011г., Красноярск.
2. Материалы II международной научно-практической конференции «Техгормет-21век». «Карьерная техника для открытых горных работ: новые разработки и эффективные решения», 10-11 ноября 2011г., Санкт-Петербургский государственный горный университет.
3. Арсентьев А.И. Вскрытие и системы разработки карьеров: Сборник задач; Санкт-Петербургский государственный горный институт. СПб, 1999. 64 с.
4. ВНТП 35-86. Минцветмет СССР. Нормы технологического проектирования горнорудных предприятий цветной металлургии с открытым способом отработки.
5. Анистратов Ю.И., Анистратов К.Ю., Щалов М.И. Справочник по открытым горным работам: М.: НТЦ «ГОРНОЕ ДЕЛО», 2010. 700 е., 453 илл. 1233
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Косолапов Александр Иннокентьевич — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, действительный член академии горных наук, член-корреспондент САН ВШ, [email protected],
Малофеев Дмитрий Евгеньевич — кандидат технических наук, доцент, главный инженер ООО «Полюс Проект», [email protected],
Кузнецов Дмитрий Владимирович - аспирант СФУ, ведущий инженер горно-геологического отдела ООО «Полюс Проект», [email protected]
