CC BY
46
Г.А. Холодняков, Е.В. Логинов, Ву Дык Туан
МАЛООТХОДНАЯ ОТКРЫТАЯ РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ С ПОМОЩЬЮ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ
В настоящее время на открытых горных работах все чаще применяются гидравлические экскаваторы типа обратная лопата. Они могут работать по разным технологическим схемам, что определяет возможность снижения минимальной ширины их рабочих площадок по сравнению с применением обычных мехлопат. Снижение минимальной ширины рабочей площадки в свою очередь приводит к уменьшению эксплуатационного коэффициента вскрыши. При этом, применение гидравлических экскаваторов за счет возможности работы с ковшами меньшей емкости позволяет снизить зольность угля на разрезах Вьетнама.
Ключевые слова: гидравлические экскаваторы, минимальная ширина рабочей площадки, зольность.
Мировая тенденция показывает, что на горнодобывающих предприятиях объемы применения канатных механических лопат снижаются в пользу более активно развивающихся новых типов выемочно-погрузочных машин мощных гидравлических экскаваторов прямых и обратных лопат [1].
Основными поставщиками карьерных гидравлических экскаваторов на мировой рынок являются четыре крупнейших производителя: Liebherr (Германия), Komatsu (Япония), Caterpillar (США), Hitachi (Япония).
Карьерные гидравлические экскаваторы позволяют осуществлять выемку пород верхним и нижним черпанием, выполнять погрузку в транспорт, стоящий как на горизонте установки экскаватора, так и выше или ниже его, отличаются высокой мобильностью и многофункциональностью.
Существует несколько видов технологических схем, по которым ведется открытая разработка месторождений полезных ископаемых при использовании гидравлических экскаваторов типа обратная лопата. В ходе исследования были выявлены три основные схемы. При использовании первой схемы гидравли-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 1. С. 357-363. © 2017. Г.А. Холодняков, Е.В. Логинов, Ву Дык Туан.
Рис. 1. Основные технологические схемы ведения горных работ при использовании гидравлических экскаваторов типа обратная лопата: а — ширина призмы возможного обрушения рабочего уступа; 5 — ширина ориентирующего грунтового вала; г — расстояние от подошвы ориентирующего вала до кромки проезжей части автодороги; р — ширина площадки для маневров автосамосвалов при подаче под погрузку; q — зазор между краем площадки для маневров автосамосвалов при подаче под погрузку и подошвой
ческие экскаваторы располагаются на кровле добычного уступа, экскаватор осуществляет работу при помощи нижнего черпания. При работе по второй схеме экскаватор располагается на нижней площадке уступа, наполнение ковша производится верхним черпанием. Существует и третий вид ведения горных работ, который можно считать комбинированным, экскаватор располагается на подуступе, сочетая преимущества верхнего и нижнего черпания.
Гидравлических экскаваторы применяются на Ковдорском и Оленегорском ГОКах, угольных предприятий РФ. Эта техника широко применяется и по всему миру. Для примера был взят разрез «Тай нам да май», который находится во Вьетнаме.
Переоснащение разреза «Тай нам да май» более совершенной горной техникой (мехлопаты Экг-8, Экг-10) с большими рабочими параметрами приводит к негативным последствиям, приводящим к снижению качества добываемого угля. В результате зольность добываемого угля увеличилась с 2010 г. по 2013 г. с 36,77% до 37,52%. Тенденция к увеличению зольности угля сохраняется и на перспективу. Применение гидравлических экскаваторов со значительно меньшей емкостью ковша позволит изменить эту тенденцию и снизить зольность добытого угля на 4-5%.
В этом случае могут применяться углубочная, сплошная и углубочно-сплошная системы разработки угольных пластов. Вскрышные работы могут осуществляться с помощью перевалки вскрышных пород в выработанное пространство или с
Рис. 2. Технологическая схема добычи угля
перевозкой во внешние или внутренние отвалы. На добычных работах применяется экскаваторно-автомобильный комплекс. На разрезе используется селективный способ выемки угольных пластов, часть из них являются сложными, то есть содержат от одного до нескольких породных прослоев. Для примера рассмотрен пласт 13—1. Мощность угольного пласта колеблется в пределах от 1 до 6,75 м, средняя мощность составляет 4,26 м.
В этом случае основные характеристики ведения горных работ заключаются в следующем:
• выемка горной массы производится продольными полосами (заходками), ориентированными вдоль фронта работ экскаватором Hitachi с емкостью ковша E = 3,5—4,3 м3;
• применение автосамосвалов грузоподъемностью 20—25 и 36 т;
• технологическая двухполосная автодорога укладывается на площадке позади экскаватора и наращивается по мере отработки заходки;
• для обеспечения нормальных условий ведения горных работ на рабочих площадках оставляется полоса безопасности (призма возможного обрушения).
Малоотходная разработка полезных ископаемых характеризуется также сокращением количества добываемых вскрышных пород, то есть уменьшением эксплуатационного коэффициента вскрыши, что может быть обеспечено возможностью уменьшения минимальной ширины рабочей площадки.
Одним из условий нормальной работы современного карьера является сохранение в течение всего периода его работы достаточной ширины рабочих площадок. Основным документом ведения горных работ является «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» (приказ Ростехнадзора от 11 декабря 2014 г. № 599).
Ширина рабочих площадок объекта открытых горных работ с учетом их назначения, а также расположения на них горного и транспортного оборудования, транспортных коммуникаций, линий электроснабжения и связи определяется проектом.
Проектные размеры рабочих площадок являются величинами расчетными, усредненными по длине фронта работ и в определенной степени зависят от интенсивности подвигания рабочих уступов и принятой обеспеченности карьера готовыми к выемке запасами горной массы. В реальной практике ширина рабочих площадок по длине фронта варьируется вокруг средних значений в силу дискретности технологических процессов, однако не может быть меньше расчетной минимальной.
№ п/п Наименование элементов Ед. изм. Обозначение Величина Примечание эго
1 2 3 4 5 6 8
1 Ширина призмы возможного обрушения рабочего уступа м а 0,6-0,9 (0,1-0,15)/г А = /г(с^р - ^Х) 0,7
2 Зазор между краем площадки для маневров автосамосвалов при подаче под погрузку (либо кромкой проезжей части автодороги) и нижней бровкой уступа (или подошвой развала) м 0 0,5-1,5 СН 449-72 п. 6.8 0,5
3 Ширина площадки для маневров автосамосвалов при подаче под погрузку м р определяется расчетом 1,5хЛ + В, где К — радиус по- ■ нпк ■ ^ НПК Г ^ J ворота по колее наружного переднего свеса (расстояние от оси передних колес до выступающей части машины) 17,9
4 Ширина ориентирующего грунтового вала м 2,1 СНиП 2.05.07-91 п. 5.105 2,1
5 Расстояние от подошвы грунтового вала до кромки проезжей части автодороги м z 0,5 СНиП 2.05.07-91 0,5
Применение гидравлических экскаваторов, за счет возможности уменьшения рабочей площадки приводит к уменьшению эксплуатационного коэффициента вскрыши [2].
Обоснование минимальных значений ширины рабочих площадок является сложной задачей. Учеными разработаны различные методы определения этого показателя, но все они основаны на опыте использования канатных экскаваторов.
В проектных работах при расчете минимальной ширины рабочей площадки применяется формула, в которой основополагающими параметрами выступают возможности автотранспорта (рис. 1).
Шрп = а + ж + г + р + я, м (1)
Данный метод регламентируется нормативными документами и устанавливается проектом индивидуально. Для конкретных производственных ситуаций указан необходимый набор элементов, определяющих значения ширины рабочей площадки в зоне действующего карьера. Минимальные размеры ширины рабочей площадки определяются в зависимости от технических параметров оборудования используемого технологического комплекса (экскаватор автосамосвал).
На разрезе «Тай Нам Да Май» предполагается применение гидравлических экскаваторов с емкостью ковша Е = 3,5—4,3 м3. Аналогом экскаватора можно считать мехлопату Экг- 5А. Минимальная ширина рабочей площадки при использовании Экг-5А составляет 23—25 м.
Для определения минимальной ширины рабочей площадки для гидравлического экскаватора по формуле (1) были использованы нормативные документы: СН 449-72 «Указания по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог» и СНиП 2.05.07-91 «Промышленный транспорт».
Численные значения элементов минимальной рабочей площадки и источники их получения приведены в таблице.
Рассчитанная по приведенным данным допустимая ширина рабочих площадок получилась меньше чем для экскаватора Экг-5А и составляет 21,7 м. Это позволяет уменьшить эксплуатационный коэффициент вскрыши при использовании гидравлических экскаваторов на 5—10%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анистратов К. Ю. Мировые тенденции развития структуры парка карьерной техники // Горная промышленность. 2011. №6 (100). С. 22.
2. Шпанский О. В., Лигоцкий Д. Н, Борисов Д. В. Проектирование производственной мощности карьеров: Учебное пособие. СПб.: СПГГИ, 2004. 96 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Холодняков Генрих Александрович1 — доктор технических наук,
профессор, e-mail: verahol@bk.ru,
Логинов Егор Вячеславович1 — аспирант,
e-mail: jim.90@inbox.ru,
Ву Дык Туан1 — аспирант,
e-mail: vuductuan.cpqn@gmail.com,
1 Санкт-Петербургский горный университет.
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 1, pp. 357-363. G.A. Kholodnyakov, E.V. Loginov, Vu Duc Tuan LOW-WASTE OPEN-PIT MININGS USING HYDRAULIC EXCAVATORS
The implementation of the hydraulic backhoes on pits is widespread today. They can operate at different technological schemes that determines the possibility of reducing the minimum width of the operating platform in comparison with crowd shovels. Reducing the minimum width of the operating platform leads to a decrease in the operating stripping ratio. At the same time, the use of hydraulic excavators allows to reduce the ash content of coal on Vietnam's pits due to the possibility of operating with a smaller basket size.
Key words: hydraulic excavators, minimum width of the operating platform, ash content.
AUTHORS
Kholodnyakov G.A}, Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: verahol@bk.ru, Loginov E.V.1, Graduate Student, e-mail: jim.90@inbox.ru, Vu Duc Tuan1, Graduate Student, e-mail: vuductuan.cpqn@gmail.com, 1 Saint-Petersburg Mining University, Saint-Petersburg, Russia.
REFERENCES
1. Anistratov K. Yu. Gornayapromyshlennost'. 2011, no 6 (100), pp. 22.
2. Shpanskiy O. V., Ligotskiy D. N., Borisov D. V. Proektirovanie proizvodstvennoy moshchnosti kar'erov: Uchebnoe posobie (Design production capacity of the quarries, Educational aid), Saint-Petersburg, SPGGI, 2004, 96 p.
UDC 622.271.4
