CC BY
34
Методические основы гибких
Д. Г. НЕВОЛИН . -
Горный институт КНЦРАН Технологии добычи полезных
ископаемых на базе
выемочно-погрузочного
оборудования
Исследование способов совершенствования технологий добычи полезных ископаемых открытым способом с позиции их обеспеченности необходимым выемочнопогрузочным оборудованием и согласованности между выемочно-погрузочным и транспортным оборудованием неизбежно ставит вопрос о технологической гибкости данной системы.
В теории и практике производства открытых горных работ ухе разработан ряд гибких технологий, произведена количественная оценка данного показателя гибкости и намечены определенные методические и организационные задачи для осуществления гибких технологий.
Под производственной гибкостью понимается способность каждого технологического звена в транспортной системе карьера к приему и передаче горной массы в определенном диапазоне колебаний ее производительности, а под технологической гибкостью - способность к перестройке связей между отдельными звеньями технологической системы [1].
Анализ гибких технологий добычи полезных ископаемых на базе выемочно-погрузочного оборудования [1...7] позволил сделать следующие выводы:
• технологическую гибкость можно представить в виде организационных мероприятий, улучшающих (изменяющих) работу технологической системы: изменение высоты уступа при различных этапах разработки карьера, применение выемочно-погрузочного оборудования
с удлиненным или универсальным рабочим оборудованием;
• обеспечение требуемой технологической гибкости достигается на основе разработки соответствующих технологических схем путем формирования парка машин мобильным горнотранспортным оборудованием.
На современном этапе развития техники и технологий производства открытых горных работ в нашей стране роль организационных мероприятий в осуществлении стратегии создания гибких технологий, на мой взгляд, имеет второстепенное значение.
Данное утверждение обосновывается тем, что исходя из практики проектирования карьеров, горные проекты составляются на определенный этап отработки, составляющий примерно 10 ... 15 лет. В рамках данного этапа высота уступа и модели применяемого горного оборудования выбираются постоянными, а любое техническое перевооружение обычно не предусматривает изменения высоты уступа и, следовательно, говорить о гибкости технологии с позиции данного организационного мероприятия - затруднительно.
Использование экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием в качестве одного из звеньев технологической гибкости обусловлено определенными горно-геологическими особенностями залегания полезных ископаемых.
Проведенный анализ опыта использования данного оборудования на разрезах Кузбасса показал определенные преимущества данной технологии с позиции формирования грузопотоков и внутризабой-ной селекции угля, но в то же время и выявил ряд ограничений с позиции применяемых транспортных средств.
Обеспечение технологической гибкости с позиции формирования парка разнотипных моделей горного оборудования имеет право на существование. Так, например, в предложенной структуре парка экскаваторно-транспортно г о комплекса, предложенного в одном из вариантов отработки Удоканского месторождения меди, выполненного профессором Санкт-Петербургского горного института АА.Кулешо-вым, обоснована данная возможность в пределах одного этапа, что на практике производства открытых горных работ на отечественных карьерах практически неосуществимо, ввиду ограниченности средств на приобретение горного оборудования и наличия стереотипов мышления в выборе однотипного (единственной структуры комплекса) парка горного оборудования [8].
Таким образом, обеспечение технологической гибкости (в данной статье) будет рассмотрено с позиции разработки и исследования эксплуатационных возможностей универсального выемочно-погрузочного оборудования - гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия ОГД) [93.
Данное направление научных исследований является новым, поскольку гибкие технологии на базе гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия не разработаны. Основное преимущество применения ЭГД по сравнению с прямыми и обратными лопатами, и мехлопата-ми состоит в обеспечении больших объемов копания с одной точки стояния, а также переменной вместимости ковша ввиду подвижности его поперечной стенки [9].
При разработке данного нарпавления была выбрана следующая последовательность:
• производится структурный анализ технологических систем карьеров на основе их грузопотоков;
• выбирается базовый вариант технологической системы;
• выявляются «узкие места» в технологической системе карьера, влияющие на обеспечение грузопотока;
• разрабатываются гибкие технологии добычи полезных ископаемых и выбирается технология для математического моделирования;
• производится моделирование данной технологии;
• осуществляется критериальная оценка данной технологии и вырабатываются рекомендации по их использованию.
С целью выбора базового варианта технологической системы карьера были рассмотрены схемы трех структурно-технологических систем карьеров Мурманской области с позиции их рудных грузопотоков: карьер АО «Ковдорский ГОК», совместно, карьер «Оленегорский» и «Южно-Кахо-зерский» АО «Олкон», карьер «Центральный» АО «Апатит» (рис. 1).
V__________________________________________________У
Рис. 1. Структурно-технологическая система карьере «Центральный» АО «Апатит»:
Уэ - грузопоток, обусловленный процессом экскавации;
Уа - грузопоток, обусловленный процессом транспортирования автосамосвалами;
Ур - грузопоток, обусловленный рудоспуском;
Уо - грузопоток, обусловленный остатком руды в рудоспуске;
\/ш - грузопоток, обусловленный работой железнодорожной штольни;
Ч/д - грузопоток, обусловленный дробильным ком* плексом;
V* - грузопоток, обусловленный работой конвейера.
Анализ рассмотренных схем показал, что с исследовательской точки зрения наибольший интерес представляет структурно-технологическая система карьера «Центральный» АО «Апатит», отличающаяся от других систем большей сложностью структурных связей.
В табл. 1 представлены фактические рудные грузопотоки карьера «Центральный» АО «Апатит» за 1990 г., обусловленные процессом экскавации по характерным сезонным периодам: лето, осень, зима, весна. В качестве исследуемых месяцев были выбраны: янвать, апрель, июнь, сентябрь.
Таблица 1
ФАКТИЧЕСКИЕ РУДНЫЕ ГРУЗОПОТОКИ КАРЬЕРА «ЦЕНТРАЛЬНЫЙ» АО * АПАТИТ» ЗА 1990 Г., ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ПРОЦЕССОМ ЭКСКАВАЦИИ
По фактическим рудным грузопотокам структурно-технологической системы карьера «Центральный» АО «Апатит» за 1990 год были выявлены «узкие места», влияющие на обеспечение необходимого грузопотока, основными являются: простои транспортного оборудования при проходке экскаваторами временных меж-уступных съездов; потери времени на селективную выемку полезного ископаемого и от закрытия автодорог по технологической необходимости (расчистка после производства взрывных работ, климатические условия, перенос трассы).
Таким образом, в технологической системе карьера «Центральный» АО «Апатит» для дальнейших исследлований выбран экскаваторно-автомобильный комплекс.
Прежде чем перейти к обоснованию критериальной оценки гибких технологий добычи полезных ископаемых, необходимо дать определение гибкости.
Под гибкостью будет пониматься способность системы обеспечивать заданную производительность и надежность при различных коэффициентах готовности автосамосвалов [4].
Гибкость будет достигаться за счет рациональных способов черпания (верхнее или нижнее) с целью обеспечения полноты выемки и снижения величины потерь и раз-убоживания полезного ископаемого при рациональных схемах подъезда автотранспорта под погрузку.
Предложенные гибкие технологии добычи полезных ископаемых на базе ЭГД представлены на рис. 2.
Данные технологии реализуют следующие возможности: отработки высоких уступов; разделения грузопотоков; селективной выемки; применения комбинированного транспорта.
День Грузопоток, тыс. т/мес
Январь Апрель Июнь Сентябрь
1 - 124,1 109,3 ■■ 56,2 . 81..5
2 98,2 76,9 82,9 87,7
3 86,2 59.6 . 86,8 74.5
4 76.9 67,7 ■■■■:■. аи 58,6
5 43,2 70,7 62.1 65.6
6 59,6 73,7 70,1 39,3
7 81,2 91,1 91,5 58,5
8 71.9 78,5 71,5 85,7
9 58.2 72,3 77,0 93,0
10 85,1 39,5 77,8 93,6
11 51,9 54.2 87,4 67.8
61,3 87,0 . «12 70.6
13 83,7 55.6 82,2 86.5
14 . 96,7 88.0 «7.1 56,6
111115::::;®!:::.; 83.1 110,1 66,1 87.9
16 49.4 108.4 79,6 62,4
17 79,4 72,2 77,5 65,9
18 93-.0 62,2 60,9 75,8
19 38,2 61,3 94,9 81,9
20 35,2 64,5 73,5 82,8
Ш?! .. 11 46,2 72,8 72,6
::!:!;!;!5Й!!!!!1: 99,2 81,6 46,9 1,
23 68,8 111Ш^1111 91.1 85,1
24 63,7 68,0 93,7 : 87,0
. 51,5 88.7 74,0 ..... 70.7 . :
26 74,2 74,1 77,8 82,6
27 104,3 87,9 84,4 80,7
28 109,6 87,0 67,2 69,8
29 66,2 65,2 58,8 83,5
30 94,7 74.3 55,1 110,2
31 95,0
Рис. 2. Гибкие технологии добычи полезных ископаемых на базе гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия и их критериальная оценка:
а - отработка высоких уступов; б - разделение грузопотоков; в - селективная выемка; г - применение комбинированного транспорта
Исследование возможности отработки высоких уступов (рис. 2 а) доказало, что технологические схемы выемки взорванных скальных пород за один проход гидроэкскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата или с принципом копания ковша двойного действия при попеременном черпании (выше и ниже уровня стояния гидроэкскаватора) позволяют производить отработку сдвоенных уступов повышенной высоты 25 ... 30 м. К.т.н. Р.М.Щтейнцайгом ранее была предложена аналогичная схема применения обратных гидравлических лопат (ЭГО), позволяющая ликвидировать промежуточный транспортный горизонт при условии расположения транспортных средств под погрузку ниже и выше уровня стояния гидроэкскаватора. Однако, данная схема имеет ограниченный диапазон использования, поскольку черпание выше уровня стояния для ЭГО является вспомогательным режимом и используется для обрушения горной массы в забое.
Разделение транспортных грузопотоков (рис. 2 б) при применении ЭГД или ЭГО позволяет увеличить грузопотоки в 1,5 раза за счет ликвидации простоев при проходке временных межуступных съездов.
Возможность селективной выемки (рис. 2 в) позволяет работать без потерь полезного ископаемого и сократить величину его разубоживания на контактах с породой в 2 раза, а использование разработанных 5 способов селективной выемки удовлетворяют всему диапазону углов падения залежей полезных ископаемых (См. статью сборника: «Исследование технологий селективной выемки полезных ископаемых карьерными шдроэкскаваторами с принципом копания ковша двойного действия»).
Применения комбинированного транспорта - автомобильного и железнодорожною (рис. 2 г) позволит сократить на 30 ... 50% время отработки горизонтов за счет ликвидации простоев горного оборудования при переукладке путей и изменении трассы дорог.
Смоделируем ситуацию для карьера «Центральный» АО «Апатит», когда возможна реализация гибких технологий по схемам рис. 2а ... 2в. Схему (рис. 2г) рассмотрим в качестве гипотетической, поскольку использование железнодорожного транспорта - не реально в данных высокогорных условиях.
Предложено оценивать гибкие технологии добычи полезных ископаемых на базе ЭГД с помощью комплексного показателя гибкости (Пг), за основу которого принята зависимость (1), разработанная проф. А.В.Юдиным [4].
Смысл данного показателя сводится к оценке интенсивности изменения грузопотоков при переходе от обычной технологии экскавации к применению гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия, учитываемых коэффициентом гибкости (Кг), к оценке относительной скорости перенастройки системы (Уг).
ПТ = КГ/Уг>7, (1)
^г^м/£**<'» <2>
Уг-тэгя/тм<], (3)
где Пг — комплексный показатель гиб-
кости;
Кг — коэффициент гибкости;
Уг — относительная скорость пере-
настройки системы;
()м, (2^ — грузопоток, обусловленный
экскавацией мехлопатами и ЭГД, тыс. т/мес;
Тм, Тэгд — время осуществления грузопотока, обусловленного экскавацией мехлопатами и ЭГД, мес.
Результаты критериальной оценки гибких технологий, определенные с учетом данных табл. 1, прдставлены на рис. 2.
Большее значение комплексного показателя отражает свойство более гибкой системы [4].
РЕКОМЕНДАЦИИ
Разработаны рекомендации по применению гибких технологий добычи полезных ископаемых на базе гидроэкскавато-
ров с принципом копания ковша двойного действия:
• отработку высоких уступов с применением гидроэкскаваторов с принципом копания двойного действия целесообразно производить при расконсервации временно нерабочих бортов карьеров и при постановке бортов на временную консервацию или при их заоткоске;
• применение гибких технологий при разделении транспортных грузопотоков целесообразно использовать при обслуживании гидроэкскаваторов автосамосвалами с различной вместимостью кузова (при селективной выемке полезных ископаемых), а также при необходимости увеличения пропускной способности карьерных автодорог;
• применение гибких технологий с использованием схем комбинированного транспорта - автомобильного и железнодорожного наиболее рационально в технологических схемах карьеров с жесткой зависимостью работы обогатительного производства от транспорта, то есть работающих без накопительных рудных складов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Наумов И.В., УсынинВ.И. Формирование гибкой транспортной системы для карьера Ковдорского ГОКа при добыче комплексных руд // Добыча и переработка комплексных руд: Материалы к Всесоюрзной конференции молодых ученых / Под ред. Д.Г.Нево-лина. - Апатиты, 1991. - С. 45-46.
2. ШтейнцайгВ.М. Интенсификация открытых горных работ с применением мощных карьерных одноковшовых экскаваторов. -М.: Наука,1990.-142 с.
3. Ермолаев В.А. Разрезам Кузбасса - гибкую интенсивную технологию // Уголь. - 1987. - № 12. - С. 11 -14.
4. Юдин А.В. Применение гибких транспортно-перегрузочных систем - путь интенсификации комбинированного транспорта // Изв. вузов. Горн. журн. - 1989. - № 1. - С. 85-91.
5. Неволим Д.Г. Анализ параметров, влияющих на работоспособность выемочно-по!рузочиого оборудования / / Проблемы добычи и обогащения руд: Тезисы докладов VI Регион, науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов / Под ред. Д.Г.Неволина. - Апатиты, 1990. - С. 16-18.
6. Неволнн Д.Г, Оптимизационно-математическая модель подсистемы выемочно-погрузочные работы // Проблемы добычи и обогащения руд: Тезисы докладов VI Регион, науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов / Под ред. Д.Г.Неволина. - Апатиты, 1990.- С. 18-20.
7. Неволин Д.Г. Алгоритм построения математической модели подсистемы выемо чно - погрузочные работы по критерию адаптации // Проблемы добычи и обогащения руд: Тезисы докладов VI Ретон. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов / Под ред. Д.Г.Неволина. - Апатиты, 1990. - С. 20-22.
8. Проблемы разработки Удоканского месторождения меди / Под ред. Н.Н.Мельникова. - Апатиты, 1990. - 192 с.
9. Д.Г.Неаолин, Л.С.Скобелев. Универсальное рабочее оборудование карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия//Комплексная разработка рудных месторождений мощными глубокими карьерами («Мельниковские чтения»): Труды международного совещания / Под ред. С.П.Решетняка. -Апатиты: Кольский научный центр РАН. Горный институт, 1995. - С. 136-139.
© Д.Г.Неволин
