CC BY
43
- © С.В. Панишев, М.В. Каймонов,
Д.С. Козлов, М.С. Максимов, 2014
УДК 6222.357.1:622.244.6:551.34
С.В. Панишев, М.В. Каймонов, Д.С. Козлов, М.С. Максимов
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОТРАБОТКЕ ДРАГЛАЙНОМ ВЗОРВАННОГО МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛОГО МАССИВА*
Отмечены трудности разработки горных пород драглайном на месторождениях зоны многолетней мерзлоты. Представлены результаты исследования теплового режима в развале взорванных многолетнемерзлых горных пород в периоды весна-лето, осень-зима при последовательном обнажении забоя. Показано, что в весенне-летний период на температуру поверхностного слоя оказывает влияние отрицательная температура в массиве, накопленная в зимний период и солнечная инсоляция. В осенне-зимний период температура в этом слое формируется за счет тепловой инерции массива, накопленной летом и воздействия низких температур окружающего воздуха. Для прогноза производительности драглайна в разные периоды года время цикла экскаватора рекомендовано определять по отдельным эмпирическим формулам. Рекомендован способ разработки взорванных смерзающихся вскрышных пород. Создание наиболее благоприятных условий для разработки смерзающейся взорванной горной массы драглайном обеспечивается максимально возможным эффектом растепления породы на наибольшей площади. Этот эффект достигается путем послойной экскавации породы, с верхней части развала на определенную глубину и по всей длине блока. Это позволяет постоянно вскрывать зону устойчивого смерзания и обеспечивает растепление взорванной породы в блоке с соответствующим снижением ее прочности. Ключевые слова: многолетнемерзлые породы, смерзание, температура пород, драглайн, производительность, способ разработки, послойная экскавация.
Карьеры, расположенные в условиях месторождений зоны многолетней мерзлоты являются сложными термодинамическими и горнотехническими системами. Поэтому, с точки зрения ресурсосбережения, повышения эффективности открытых горных работ при эксплуатации месторождений полезных ископаемых здесь необходимо решать не только оптимизационные задачи технологического характера, но также увязывать технологические решения со свойствами многолетнемерзлого массива, которые всегда определяют здесь способы выемки горной массы и производительность оборудования.
Разработка многолетнемерзлых вскрышных пород драглайном с предварительным буровзрывным рыхлением в условиях месторождений криоли-тозоны осложняется повторным смерзанием взорванного массива, причем прочность смерзания может достигать нескольких МПа, и в этом случае взорванный массив представляет собою для драглайна почти непреодолимое препятствие. Основными факторами, обуславливающими процесс повторного смерзания пород, являются отрицательная температура пород и влажность на поверхности кусков горной массы. Кроме того, в различной мере оказывают влияние температура и
* Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований № 12-05-98520-р_восток_а.
влажность воздуха, теплофизические свойства пород, а также размеры кусков горной массы. Так, исследованиями установлено, что ледяные образцы смерзаются при температуре лишь на 0,0005-0,001 ниже 0 °С [1].
В ИГДС СО РАН (Якутск) на протяжении ряда лет ведутся системные комплексные исследования, направленные на повышение эффективности открытых разработок, в условиях повторного смерзания взорванной горной массы. В этом направлении получены следующие интересные результаты [2-5].
Так, натурными исследованиями установлены особенности теплового режима в развале взорванных много-летнемерзлых горных пород в периоды весна-лето, осень-зима при последовательном обнажении забоя.
В весенне-летний период на температуру поверхностного слоя оказывает влияние отрицательная температура в массиве, накопленная в зимний период и солнечная инсоляция. В условиях высоких положительных температур окружающего воздуха (до +20 °С и выше) и отрицательной температуры пород в забое в услови-
ях его обнажения, это способствует интенсивной выделению влаги на поверхности кусков породы и создает благоприятные условия для повторного смерзания (рис. 1, а).
В осенне-зимний период температура в этом слое формируется за счет тепловой инерции массива, накопленной летом и воздействия низких температур окружающего воздуха. При этом, отрицательная температура поверхностного слоя развала в условиях его обнажения хотя и выше в среднем на 10-14 °С температуры окружающего воздуха, но совпадает с ней по знаку, что замедляет процесс смерзания взорванного массива (рис. 1, б).
В связи с этим, при прогнозе производительности драглайна, время цикла экскаватора для этих периодов рекомендуется определять по отдельным эмпирическим зависимостям:
• весна-лето:
Т = е0,34-0,044Тп+9,58-10-4Т2 , мин;
• осень-зима:
Ти = °,63е~0'03Тп , мин,
где Т - температура пород в забое,
°С. п
22 мар 11 май 30 и юн 19анг 13окт 23 окт 02 ноя 12 ноя 22 ноя
1 • Температура пород в забое месяцы года , ¡емпература пород в забое месяцы года
2 » Температура воздуха 2 ■ Температура воздуха
Рис. 1. Температура пород в забое: а) в весенне-летний период; б) в осенне-зимний период
Рис. 2. Разрез по фронту работ, влоль экскаваторного блока
В технической литературе основным способом борьбы со смерзанием породы на горных работах рекомендуется ограничение объема взрываемого блока. В ИГДС СО РАН в свое время был предложен способ разработки, позволяющий снизить влияние смерзания взорванной горной массы на работу драглайна, включающий ограничение длины экскаваторного блока и специальную организацию работ, что технически осуществляется перемещением пород предотвала в конечный контур отвала сразу после окончания работ на первой заходке [6].
При открытой разработке сближенных угольных пластов в условиях криолитозоны предложен способ разработки, позволяющий осуществить выкладку породного прослоя по бестранспортной технологии путем создания специальных отвальных емкостей в контуре внутреннего отвала [7].
Для таких условий рекомендуется схема веерной отсыпки вскрышных пород, обеспечивающая максимальные объемы размещения междупластья в предварительно созданные отвальные емкости на боковой и верхней поверхностях внутреннего отвала [8].
Здесь следует отметить, что с учетом годового температурного режима горных пород в криолитозоне [4, 5 и др.], при значительных мощностях вскрыши отработка ее драглайном будет всегда сопровождаться наличием отрицательной температуры в развале взорванной горной массы [9]. Причем, распределения температуры в развале взорванной горной массы будут всегда неодинаковы для разных периодов года.
С точки зрения создания наиболее благоприятных условий для разработки смерзающейся взорванной горной массы драглайном необходимо обе-
Рнс. 3. Поперечное сеченне экскаваторной заходкн
спечить максимально возможный эффект растепления породы на наибольшей площади. Достичь этого можно путем экскавации породы послойно, с верхней части развала на определенную глубину, по всей длине блока, с последовательной выкладкой ее в предотвал и конечный контур отвала. Это позволяет постоянно вскрывать зону устойчивого смерзания и обеспечивать растепление взорванной породы в блоке с соответствующим снижением ее прочности. На данный способ разработки смерзающихся вскрышных пород подана заявка на патент РФ. Усилить эффект растепления зоны устойчивого смерзания можно путем рыхления ее поверхности бульдозером-рыхлителем, создавая дополнительные поверхности усиливающие воздействие солнечной инсоляции, а также обработкой поверхностно-активными веществами, понижающими прочность смерзания кусков породы.
На рис. 2 и 3 показан способ разработки смерзающихся вскрышных пород: разрез по фронту работ, вдоль экскаваторного блока (рис. 2); поперечное сечение экскаваторной заходки (рис. 3).
Оставляемый слой породы с отрицательной температурой на кровле пласта полезного ископаемого рассчитывается по следующей формуле [10]: „
М о "■ , м,
где to - время оттаивания, ч; T -средняя за рассматриваемый промежуток времени to температура поверхности, °С; hон - глубина оттаивания в начальный момент, м; Qо - затраты тепла на оттаивание 1 м3 мерзлой породы, ккал/м3; X - коэффициент теплопроводности пород, ккал/м-ч-°С.
Тогда, например, при ширине экскаваторной заходки 60 м, длине блока 100 м, температуре воздуха 20 °С, Хт = 1,7 Вт/(м-град) (песок), Qуд = 59,74 мДж/м3 (льди-стость 150 кг/м3), начальной температуре породы = -5 °С объем талого слоя за сутки составит 50x100x0,165 = 990 м3. Этот объем будет соответствовать устойчивой работе драглайна с производительностью 990 м3/смену.
1. Бондарев Э.А., Файко Л.И. О тепло-физических критериях процесса смерзания / Физика льда и льдотехника. - Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1974. - С. 152-157.
2. Панишев С.В., Ермаков С.А., Бураков А.М. Разработка вскрышных пород драглайном в условиях пластового месторождения криолитозоны / Proceedings of the XI-TH National Conference with International participation of the open and underwater mining of minerals, 19-23 June. 2011. - Varna, Bulgaria. - С. 17-23.
3. Ермаков С.А., Панишев С.В. Разработка смерзающихся вскрышных пород в условиях пластового месторождения криолитозоны / Проблемы комплексного освоения георесурсов: материалы IV всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых, г. Хабаровск, 27-29 сент. 2011 г. в 2 т. - Хабаровск, 2011. - Т. 1. - С. 38-44.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Panishev S.V., Ermakov S.A. Temperature effect on stripping in permafrost zone // Journal of Mining Science; Mar 2013, Vol. 49, Issue 2, p. 279.
5. Панишев С.В., Ермаков С.А., Кай-монов М.В., Козлов Д.С., Максимов М.С. Комплексный мониторинг температурного режима многолетнемерзлых горных пород Кангаласского угольного разреза // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2013. - № 9. - С. 62-69.
6. Заудальский И.И., Марченко А.С., Петров С.Н. и др. (СССР). Авторское свидетельство № 1624152, Кл. Е 21 С 41/00. Способ разработки вскрышных пород. За-явл. 17.10.1998. Опубл. 01.10.1990 // Открытия, изобретения. - 1991. - № 4. - С.89.
7. Панишев С.В., Сердобинцев В.В., Аксененко С.А., Стриганов В.В. Патент 2299985 Российская Федерация МПК Е21С
41/26. Способ разработки вскрышных пород; заявитель и патентообладатель Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН; заявл. 07.06.2005; опубл.27.05.2007, Бюл. № 15.
8. Панишев С. В. Методическое обоснование выбора параметров бестранспортной системы разработки пластовых месторождений криолитозоны / Результаты исследований получателей грантов Президента РС (Я) и государственных стипендий РС (Я) за 2011 год. - Якутск: ООО «Изд-во Сфера», 2012. -С. 74-77.
9. Каймонов М.В., Панишев С.В. Прогноз температурного режима развала горных пород на Кангаласском угольном месторождении / Материалы IX Международного симпозиума по развитию холодных регионов 1БС0К02010 1-5 июня 2010 г. - Якутск, 2010. - С. 165.
10. Потемкин С.В. Разупрочнение мерзлых и сцементированных пород россыпных месторождений. - М.: Московская государственная геологоразведочная академия, 1995. - 120 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Панишев Сергей Викторович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected] Каймонов Михаил Васильевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected], Козлов Денис Сергеевич - ведущий инженер, e-mail: [email protected], Максимов Михаил Саввич - инженер, e-mail: [email protected], Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН.
UDC 6222.357.1:622.244.6:551.34
RECOMMENDATIONS FOR DRAGLINE WORKING WITH EXPLODED PERMAFROST
Panishev S.V., Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, e-mail: [email protected]
Kaimonov M.V. , Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, e-mail: [email protected],
Kozlov D.S., Leading Engineer, e-mail: [email protected], Maximov M.S., Engineer, e-mail: [email protected],
N.V. Chersky Institute of Mining of the North, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences.
Difficulties of development of rocks dragline on fields of a zone of permafrost are noted. Results of research of a thermal mode in disorder of the rocks blown up the permafrost during the periods spring-summer, fall-winter are presented at a consecutive exposure of a face. It is shown that during the spring and summer period negative temperature has impact on temperature of a blanket in the massif, saved up in the winter period and solar insolation. During the autumn and winter period temperature in this layer is formed due to the thermal inertia of the massif which has been saved up in the summer and influence of low temperatures of air. For productivity forecast dragline during the different periods of year it is recommended to determine time of a cycle of the excavator by separate empirical formulas. The way of development of the blown-up freezing together overburden breeds is recommended. Creation of optimum conditions for development of the freezing together blown-up mountain weight the dragline is provided with the greatest possible effect of thawing of breed on the greatest square. This effect is reached by layer-by-layer excavation of breed, from the top part of disorder on a certain depth and on all length of the block. It allows to open constantly a zone of steady freezing and provides thawing of the blown-up breed in the block with the corresponding decrease in its durability.
Key words: permafrost, freezing, temperature of breeds, dragline, productivity, way of development, layer-by-layer excavation.
REFERENCES
1. Bondarev E.A., Faiko L.I. Fizika l'da i l'dotekhnika (Physics of ice and ice equipment), Yakutsk: YaF SO AN SSSR, 1974, pp. 152-157.
2. Panishev S.V., Ermakov S.A., Burakov A.M. Proceedings of the XI-TH National Conference with International participation of the open and underwater mining of minerals, 19-23 June. 2011.Varna, Bulgaria, pp. 17-23.
3. Ermakov S.A., Panishev S.V. Problemy kompleksnogo osvoeniya georesursov: materialy IV vserossi-iskoi nauchnoi konferentsii s uchastiem inostrannykh uchenykh, g. Khabarovsk, 27-29 sent. 2011 g. v 2 t. (Problems of integrated development georesources: Proceedings of IV All-Russian scientific conference with the participation of foreign scientists, Khabarovsk, Sept. 27-29. 2011 in 2 volumes), Khabarovsk, 2011, vol. 1, pp. 38-44.
4. Panishev S.V., Ermakov S.A. Journal of Mining Science, Mar 2013, Vol. 49, Issue 2, p. 279.
5. Panishev S.V., Ermakov S.A., Kaimonov M.V., Kozlov D.S., Maksimov M.S. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2013, no 9, pp. 62-69.
6. Zaudal'skii I.I., Marchenko A.S., Petrov S.N. Copyright certificate no 1624152, C. E 21 C 41/00. Way of development of overburden breeds, 01.10.1990.
7. Panishev S.V., Serdobintsev V.V., Aksenenko S.A., Striganov V.V. Patent RU2299985 MPK E21S 41/26. 27.05.2007.
8. Panishev S.V. Rezul'taty issledovanii poluchatelei grantov Prezidenta RS (Ya) i gosudarstvennykh sti-pendii RS (Ya) za 2011 god (Results of researches of recipients of grants of the President of The Republic of Sakha (Yakutia) and the state grants of The Republic of Sakha (Yakutia) for 2011), Yakutsk, OOO «Izd-vo Sfera», 2012, pp. 74-77.
9. Kaimonov M.V., Panishev S.V. Materialy IX Mezhdunarodnogo simpoziuma po razvitiyu kholodnykh regionov ISC0RD2010 1-5 iyunya 2010 g (Materials IX International Symposium on Cold Regions Development ISCORD 2010), Yakutsk, 2010, pp. 165.
10. Potemkin S.V. Razuprochnenie merzlykh i stsementirovannykh porod rossypnykh mestorozhdenii (Softening of frozen rocks and cemented alluvial deposits), Moscow, Moskovskaya gosudarstvennaya geol-ogorazvedochnaya akademiya, 1995, 120 p.
ВНУТРЕННИЙ КОНТРОЛЬ НАЛОГА НА ПРИБЫЛЬ ОРГАНИЗАЦИИ
(№1031/10-14 от 07.08.14, 11 с.)
Ефремова Елена Ильинична - кандидат экономических наук, доцент, РЭА им. Г.В. Плеханова, е-mail: [email protected].
INTERNAL CONTROL OF THE PROFIT TAX ORGANIZATION
Efremova E.B., Candidate of Economical Sciences, Assistant Professor, Plekhanov Russian University of Economics, е-mail: [email protected].
_ РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
