CC BY
38
УДК.622.271
СЕЛЕКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ЭЛЬГИНСКОГО УГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫЕМОЧНО-СОРТИРОВОЧНОГО КОМПЛЕКСА
А.Ю. Чебан
Предлагается выемочно-сортировочный комплекс на базе карьерного комбайна, оборудованный дополнительно транспортно-сортировочным агрегатом и системой пневмотранспортирования мелких фракций. Конструкция выемочно-сортировочного комплекса позволяет производить выделение средних и крупных фракций угля непосредственно на месте добычи и изолировать отделенную угольную мелочь в герметичных бункерах. В результате будут практически исключены пыление и потери угля при погрузке и транспортировке, что положительно скажется на экологической ситуации при проведении горных работ.
Ключевые слова: карьерный комбайн; мелкие фракции угля; сортировка; система пневмотранспортирования; пыление; автосамосвал; герметичные бункеры.
Эльгинское угольное месторождение расположено на Юго-востоке Якутии в 300км от Байкало-Амурской магистрали. В рамках строительства первой очереди разреза «Эльгинский» мощностью 9 млн т в год (в 2015 году было добыто 4 млн т) начата отработка участка первоочередного освоения одноименного месторождения [1]. На месторождении добывается коксующийся и энергетический уголь нескольких технологических марок. По качеству углей и по запасам Эльгинское месторождение относится к уникальным, угли месторождения обладают высоким содержанием летучих веществ, высокой текучестью, чрезвычайно низким содержанием серы, азота и фосфора и высокой теплотворной способностью [1-2]. Недостатками месторождения являются весьма сложная структура угольных пластов, высокая зольность угля в сочетании с трудной обогатимостью. Углевме-щающая часть, предназначенная для открытых горных работ, общей мощностью до 200 м содержит 22 угольных пласта в основном с пологим залеганием 2-5°. Большинство пластов имеют сложное строение и включают от 1-2 до 10-12 породных прослоев, представленных углистыми алевролитами и аргиллитами, мелкозернистыми, реже среднезернистыми песчаниками. Около 90% полезного ископаемого находится в пяти основных наиболее мощных пластах, остальные пласты относятся к тонким мощностью 1-Зм. По основным пластам средняя зольность колеблется в пределах от 18,4 до 27,2 %, зольность углей с учетом засорения породными прослоями - от 21,7 до 40,3 %, изменяясь по мощным пластам от 26,6 до 37,6 % [2].
Вопросами повышения эффективности разработки Эльгинского угольного месторождения занимаются различные научные и проектные организации. Так, в Институте горного дела Севера (ИГДС) создается
цифровая модель данного месторождения с использованием горногеологической информационной системы «МтеРгате» [2]. Согласно данной модели Эльгинское месторождение условно разделено на шесть участков, с использованием программы «МтеРгате» построена карта мощностей угольных пластов, в том числе по угольному пласту Н45 мощность которого по участкам варьируется от 1 до 7 м. Угольный пласт разделен большим количеством породных прослоев, количество и мощность которых изменяется по участкам. На основе анализа структурных признаков, мощности и условий залегания междупластий и угольных пластов Эльгин-ского месторождения по прочностным свойствам пород в массиве в ИГДС обоснована возможность применения комбайнов типа КБМ [3]. Произведен расчет площади участков различных типов горных пород по глубине, простиранию и выполнен подсчет объемов пород по междупластьям, показано, что при селективной отработке угольного пласта со сложноструктур-ным строением применение горных комбайнов наиболее рационально и обеспечит повышение качественных показателей угля.
В настоящее время важными направлениями развития горной отрасли является комплексное освоение минеральных ресурсов месторождений, повышение производительности труда путем внедрения прогрессивных технологий, увеличение полноты выемки полезных ископаемых, снижение энергоемкости процессов добычи и уменьшение отрицательного экологического воздействия горных работ на окружающую среду [4-7]. Обеспечить высокие производительность и коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр, глубокую селекцию угля и пустых пород позволяют технологии с применением карьерных комбайнов [8-10].
Недостатком технологии с применением карьерных комбайнов при разработке угольных месторождений является значительный выход мелких фракций угля (менее 13 мм) [11]. Наличие большого количества мелочи в добываемом угле предопределяет потери полезного ископаемого при погрузке, транспортировании и хранении, а также снижает качество и рыночную стоимость угля [12]. Для повышения качества угля на специальных пунктах производят его сортировку с удалением мелочи, в результате чего накапливается огромное количество отходов, которые занимают значительные территории и негативно влияют на окружающую среду наряду с другими вредными выбросами, сопровождающими горное производство [6]. При этом в России все более ощущается дефицит недорогого сортового топлива для коммунально-бытовых нужд, наиболее целесообразным решением является создание производственных объектов по выработке из угольной мелочи топливных брикетов. К настоящему времени созданы различные технологии по производству топливных брикетов, при этом
установки для переработки угольной мелочи рекомендуется размещать на борту карьера в непосредственной близости от места добычи.
В Институте горного дела ДВО РАН проводятся исследования с целью разработки способов и технических устройств, обеспечивающих снижение отрицательного воздействия на окружающую среду при ведении горных работ, и повышение качества добываемого минерального сырья. Так для отделения угольной мелочи в процессе добычи полезного ископаемого послойным фрезерованием разработан способ освоения сложно-структурного угольного месторождения и выемочно-сортировочный комплекс для его осуществления.
В качестве базовой машины для выемочно-сортировочного комплекса предлагается применить карьерный комбайн 1 дополнительно оборудованный транспортно-сортировочным агрегатом 2 и системой пнев-мотранспортирования 3 мелкой и тонкой угольных фракций (рисунок, а). Транспортно-сортировочный агрегат включает сортировочную решетку 4, установленную на упругих опорах 5, скребковый конвейер 6, вибратор 7, поворотные створки 8 с тягами 9 и приводным цилиндром 10 для перекрытия щелей 11 сортировочной решетки, накопитель 12, сопряженный с кожухом 13, исключающим потери мелких и тонких частиц (рисунок, б). Система пневмотранспортирования включает компрессор, трубопроводы 14, 15, секции осаждения 16, 17 соответственно мелкой и тонкой фракций (рисунок, в), воздушный фильтр 18, консоль 19, стрелу 20, гидроцилиндр 21 поворота стрелы и механизм 22 поворота консоли.
Получение кондиционных фракций осуществляется посредством непрерывного выемочно-сортировочного процесса с отработкой послойно-полосовым способом пласта угля 23. Фрезерный рабочий орган 24 вые-мочно-сортировочного комплекса разрушает пласт полезного ископаемого и подает горную массу непосредственно в транспортно-сортировочный агрегат 2. Скребковый конвейер 6 перемещает горную массу вдоль сортировочной решетки 4, при этом происходит разделение горной массы на под-решетный продукт (мелкие и тонкие фракции) и надрешетный продукт (средние и крупные фракции угля), процесс разделения интенсифицируется с помощью вибратора 7, воздействующего на сортировочную решетку 4.
Скребковым конвейером 6 надрешетный продукт подается на разгрузочный конвейер комбайна 1 для отгрузки в автосамосвал 25. Выделенные в транспортно-сортировочном агрегате 2, как подрешетный продукт, мелкие и тонкие частицы угля поступают по кожуху 13 в накопитель 12. Перемещение подрешетного продукта из накопителя 12 осуществляется с помощью системы пневмотранспотрирования 3, по трубопроводу 14. Разделение подрешетного продукта на тонкую (О...Змм) и мелкую (3...13мм) фракции обеспечивается в секции осаждения 16 мелкой фракции, где происходит понижение скорости воздушного потока. Мелкая фракция из секции осаждения 16 поступает в герметичный бункер 26 автомобиля 27.
Конструкция выемочно-сортировочного комплекса: а - общий вид; б - транспортно-сортироеочный агрегат; в - разгрузочная часть системы пнеемотранспортироеания угольной мелочи
Тонкая фракция через трубопровод 15с потоком воздуха направляется в секцию осаждения 17 тонкой фракции, оборудованную воздушным фильтром 18. Из секции осаждения 17 тонкая фракция поступает в герметичный бункер 28 автомобиля. Взаимодействие системы пневмотранспор-тирования 3 с автомобилем 27 осуществляется путем поворота консоли 19 и стрелы 20, соответственно механизмом 22 поворота и гидроцилиндром 21. Процесс загрузки автомобиля регулируется с помощью автоматической системы управления, оборудованной датчиками контроля загрузки герметичных бункеров 26 и 28 мелкой и тонкой фракциями. После заполнения автомобиль 27 транспортирует мелкую и тонкую угольные фракции к перерабатывающей установке, расположенной в непосредственной близости к разрезу. При этом тонкая фракция угля сразу направляется на изготовление топливных брикетов, а мелкая фракция поступает на дробление, после чего также используется как сырье для изготовления брикетов.
Во время разработки породного пропластка 29 транспортно-сортировочный агрегат 2 работает как транспортер, для этого шток приводного гидроцилиндра 10 выдвигается и через тяги 9 воздействует на поворотные створки 8, которые прижимаются снизу к сортировочной решетке 4 и перекрывают щели 11, при этом вибратор 7 выключен.
Высокоселективную выемку сложноструктурных угольных пластов Эльгинского месторождения, при наличии большого числа пропластков мощностью 0,05...0,20 м целесообразно производить посредством небольших по размерам выемочно-сортировочных комплексов. В настоящее время в связи с целенаправленными действиями правительства России направленными на импортозамещение, а также в связи с высокой стоимостью оборудования зарубежного производства (по причине изменения курса рубля) целесообразно при создании выемочно-сортировочного комплекса ориентироваться на отечественные разработки подобного оборудования.
За основу при создании выемочно-сортировочного комплекса возможно принять проект машины послойного фрезерования (карьерного комбайна) МПФ-2,6 (в качестве базовой машины), разработанной НПО «ВНИИстройдормаш». Начиная с 1990 года НПО «ВНИИстройдормаш» проводило опытно-конструкторские работы по созданию машины послойного фрезерования горных пород МПФ-2,6 с шириной фрезеруемой полосы 2,6 м. В соответствии с разработанной технической документацией машина имеет переднее расположение кабины, фрезерный рабочий орган, установленный в середине гусеничной базы и транспортер в задней части. В качестве силовой установки применен дизельный двигатель М-301 мощностью 625 кВт, трансмиссия с гидротрансформатором и редукторами обеспечивает привод фрезы и отбор мощности на гидропривод транспортеров и другого оборудования [11]. Ходовая часть выполнена в виде одной передней и двух задних гусениц, унифицированных с Ковровским экскаватором. Тележки подвешены к раме на рычагах и с помощью гидроцилин-
дров имеют возможность подъема-опускания для обеспечения заглубления фрезы, регулирования глубины резания и перевода машины в транспортное положение. Поворот машины осуществляется поворотом передней гусеницы. Машина послойного фрезерования горных пород МПФ-2,6 (ЗТМ-170) имеет следующие параметры: максимальная глубина фрезерования -0,30 м; рабочая скорость - 0-26 м/мин; транспортная скорость - до 5км/ч; длина - 10,55 м; ширина - 3,60 м; высота без транспортера - 4,42 м [11]. Модернизация базовой машины заключается в замене транспортера горной массы на транспортно-сортировочный агрегат и установке системы пнев-мотранспортирования угольной мелочи.
Конструкция выемочно-сортировочного комплекса позволяет производить выделение средних и крупных фракций угля непосредственно на месте добычи и изолировать отделенную угольную мелочь в герметичных бункерах. В результате этого не потребуются дополнительные транспортные и перегрузочные операции, будут практически исключены пыление и потери угля при погрузке и транспортировке, что положительно скажется на экологической ситуации при проведении горных работ. Совершенствование технических средств добычи и первичной переработки угля обеспечит снижение конечной себестоимости продукции и существенно повысит рентабельность горного производства.
Список литературы
1. Хоютанов Е.А., Гаврилов B.JI. Повышение полноты извлечения запасов сложноструктурных пластов с учетом зольности угля в прикон-тактных зонах // Вестник ЗабГУ. 2016. Т.22. №10. С. 20-29.
2. Улучшение качества угля за счет селективной разработки слож-ноструктурного Эльгинского каменноугольного месторождения / С.А. Ермаков, B.JI. Гаврилов, Д.В. Хосоев, Е.А. Хоютанов // Наука и образование. 2012. №1. С. 24-29.
3. Хосоев Д.В. Оценка горнотехнических условий Эльгинского месторождения с позиции применения горных комбайнов // Горная промышленность. 2016. №6. С. 81-84.
4. Захаров Е.И. Перспективы рационального использования подмосковных бурых углей // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. №2. С. 66-74.
5. Чебан А.Ю., Соболев A.A. Разупрочнение поверхностного слоя уступов при сезонном промерзании породы // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. №4. С. 113-119.
6. Москаленко Т.В., Ворсина Е.В. Управление отходами горной промышленности как элемент устойчивого развития республики Саха (Якутия) // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. №10. С. 98-102.
7. Upgrading continuous and cyclic excavation and transportation during open-pit mining / A.Yu. Cheban, G.V. Sekisov, N.P. Khrunina, S.A. Shemyakin // Eurasian mining. 2014. № 1. P. 22-24.
8. Чебан А.Ю. К вопросу об определении производительности карьерных комбайнов в различных условиях эксплуатации // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 3. С. 145-148.
9. Пихлер М., Панкевич Ю. Б. Направления совершенствования и результаты применения комбайнов Wirtgen Surface Miner на карьерах и разрезах мира // Горная промышленность. 2000. № 3. С. 42-45.
10. Чебан А.Ю. Классификация конструкций карьерных комбайнов // Недропользование XXI век. 2015. №5 (55). С. 64-69.
11. Супрун В.И. Перспективная техника и технология производства открытых горных работ. М.: МГГУ, 1996, 121с.
12. Жигуленкова А. И., Алексеева С. Н., Кекух Т. Ю. Рынки, цены и эффективность использования сортовых углей // ГИАБ. 2000. Т. 2. С. 46-48.
Чебан Антон Юрьевич, канд. техн. наук, доц., стар. науч. сотр., cheba-пау(а)„mail.ru, Россия, Хабаровск, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской Академии наук
SELECTIVE DEVELOPMENT OF THE ELGINSK COAL DEPOSIT WITH USING THE EXCA VA TING AND SORTING COMPLEX
A.Yu. Cheban
The article proposes a mining and sorting complex based on a quarry harvester, equipped additionally with a transport-sorting unit and a pneumatic conveying system for fine fractions. The design of the excavation and sorting complex allows for the isolation of medium and large fractions of coal directly at the mining site and to isolate the separated coal fines in sealed bins. As a result, dusting and loss of coal during loading and transportation will be virtually eliminated, which will positively affect the ecological situation during mining operations.
Key words: surface miner; small fractions of coal; sorting; pneumatic conveying system; dusting; dump truck; sealed bins.
Cheban Anton Yuryevich, Candidate of Technical Science, Docent, Senior Researcher, chebanay(a>,mail. ru, Russia, Khabarovsk, Institute of Mining of Far East Branch of the Russian Academy of Sciences
Reference
1. Hojutanov E.A., Gavrilov V.L. Povyshenie polnoty izvlechenija zapasov slozhnostrukturnyh plastov s uchetom zol'nosti uglja v prikon-taktnyh zonah // Vestnik ZabGU. 2016. T.22. №10. S. 20-29.
2. Uluchshenie kachestva uglja za schet selektivnoj razrabotki slozh-nostrukturnogo Jel'ginskogo kamennougol'nogo mestorozhdenija / S.A. Ermakov, V.L. Gavrilov, D.V. Ho-soev, E.A. Hojutanov//Nauka i obrazovanie. 2012. №1. S. 24-29.
H3BecTH5i Tyjiry. HayKn o 3eMjie. 2017. Bbin. 4
3. Hosoev D.V. Ocenka gornotehnicheskih uslovij Jel'ginskogo mestorozhdenija s pozicii primenenija gornyh kombajnov // Gornaja promyshlennost'. 2016. №6. S. 81-84.
4. Zaharov E.I. Perspektivy racional'nogo ispol'zovanija pod-moskovnyh buryh uglej // Izvestija Tul'skogo go sudar stvennogo univer-siteta. Ser. Nauki o Zemle. 2015. №2. S. 66-74.
5. Cheban A.Ju., Sobolev A.A. Razuprochnenie poverhnostnogo sloja ustupov pri sezonnom promerzanii porody // Izvestija Tul'skogo go sudar stvennogo universiteta. Ser. Nauki o Zemle. 2016. №4. S. 113-119.
6. Moskalenko T.V., Vorsina E.V. Upravlenie othodami gornoj promyshlennosti kak jelement ustojchivogo razvitija respubliki Saha (Jakutija) // Vestnik Irkutskogo gosudarstven-nogo tehnicheskogo universi-teta. 2014. №10. S. 98-102.
7. Upgrading continuous and cyclic excavation and transportation during open-pit mining / A.Yu. Cheban, G.V. Sekisov, N.P. Khrunina, S.A. Shemyakin // Eurasian mining. 2014. № 1. P. 22-24.
8. Cheban A.Ju. K voprosu ob opredelenii proizvoditel'nosti kar'ernyh kombajnov v razlichnyh uslovijah jekspluatacii// Sistemy. Metody. Tehnologii. 2014. № 3. S. 145-148.
9. Pihler M., Pankevich Ju. B. Napravlenija sovershenstvovanija i rezul'taty primenenija kombajnov Wirtgen Surface Miner na kar'erah i razrezah mira // Gornaja promyshlennost'. 2000. № 3. S. 42-45.
10. Cheban A.Ju. Klassifikacija konstrukcij kar'ernyh kombajnov // Nedropol'zovanie XXI vek. 2015. №5 (55). S. 64-69.
11. Suprun V.I. Perspektivnaja tehnika i tehnologija proizvodstva otkrytyh gornyh rabot. M.: MGGU, 1996, 121s.
12. Zhigulenkova A. I., Alekseeva S. N., Kekuh T. Ju. Rynki, ceny i jeffektivnost' ispol'zovanija sortovyh uglej // GIAB. 2000. T. 2. S. 46-48.
