CC BY
20
© C.B. Панишев, C.A. Ермаков, 2013
УДК 6222.357.1:622.244.6:551.34
С.В. Панишев, С.А. Ермаков
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БЕСТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ВЗОРВАННЫХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД, СКЛОННЫХ К ПОВТОРНОМУ СМЕРЗАНИЮ
Представлены результаты исследований разработки вскрышных пород драглайном в условиях повторного смерзания взорванной горной массы. На примере Канга-ласского угольного разреза обоснованы параметры экскаваторных блоков при разработке вскрышных пород.
Ключевые слова: многолетнемерзлые породы, температурный режим, цикл, производительность, драглайн.
В практике открытых разработок при эксплуатации горизонтальных и пологих залежей широкое применение нашла бестранспортная система разработки вскрышных пород с использованием экскаваторов-драглайнов.
Особенность разработки вскрышных пород драглайном на месторождениях криолитозоны заключается в обязательной буровзрывной подготовке массива и склонности к повторному смерзанию взорванной горной массы. Характер протекающих процессов в развале взорванной горной массы обусловлен годовым температурным режимом в массиве мно-голетнемерзлых пород (рис. 1). Если в весенне-летний период на температуру поверхностного слоя оказывает влияние отрицательная температура в массиве, накопленная в зимний период и солнечная инсоляция, то в осенне-зимний период температура в этом слое формируется за счет тепловой инерции массива, накопленной летом и воздействия низких температур окружающего воздуха. Учитывая высо-
кую зависимость эффективности работы драглайна от свойств разрабатываемого массива, исследование температурного режима в экскаваторном забое и его влияние на производительность драглайна представляет весьма важный практический интерес.
Исследование влияния температурного режима взорванного массива на производительность драглайна проводилось на угольном разрезе «Кангаласский» ОАО ХК «Якутуголь», расположенном в центральной части Республики Саха (Якутия). Исследования включали мониторинг температуры взорванных пород при последовательном обнажении забоя, определение кусковатости взорванной горной массы, видеосъемку рабочего процесса с последующим определением времени цикла, расчет производительности по полученным значениям времени цикла, сбор данных о фактической производительности драглайна. Замеры температуры по взорванным блокам производились инфракрасным термометром Scan
Рис. 1. Изменение температуры в массиве ММГП
Рис. 2. Изменение гранулометрии взорванных пород от температуры
Temp ST-20 а также тепловизором FLIR B6 XXX series. Натурные наблюдения проводились в период с марта по декабрь.
Состав пород — типичный для данного месторождения (сверху вниз): суглинок бурого цвета с включением растительных корней и мелкой гальки, песчаник мелкозернистый бурого и серого цвета слабосцементированный, алевролит зеленовато-серого цвета. Категория пород по взрываемости VI-VII. Степень взрываемости - трудно-взрываемые. Коэффициент крепости пород по Протодьяконову 3—6.
По результатам натурных исследований установлено, что в различные температурно-климатические периоды гранулометрический состав взорванных многолетнемерзлых пород неодинаков, что связано с их температурой в массиве (рис. 2). Отмечено, что при повышении температуры доля крупных фракций более 500 мм существенно (до трех раз) снижается, а фракций 201-300 и 301-400 мм возрастает в 1,5-2 раза (рис. 3). При этом содержание фракций 101-200 мм не изменяется.
Анализ расчетных значений энергоемкости разрушения и размера
Рис. 3. Изменение доли мелких и крупных кусков от температуры массива многолетнемерзлых пород
е 14.5
15 "
Р а 4 з
& «
I Ш 42
" 4 1
ей 4,1
♦ 4,55
.А .( а
» 4,4
200 220 240 260 280 С|>едний размер куска, мм.
Рис. 4. Взаимосвязь среднего размера куска энергоемкостью взрывания
Рис. 5. Изменение размера среднего куска в рабочей зоне драглайна от температуры пород в забое
среднего куска после проведения взрывных работ позволил установить зависимость изменения среднего размера куска от энергоемкости взрывания (рис. 4).
Например, для условий разреза «Кангаласский» (вскрышное оборудование -драглайн ЭШ-11.70), средний размер куска в развале, обеспечивающий номинальную производительность драглайна с емкостью 10 м при разработке смерзающихся пород в весенне-летний период, достигается при энергоемкости взрывания не менее 4,2 МЛж/м3.
По результатам натурных исследований установлена взаимосвязь изменения размера среднего куска в рабочей зоне драглайна от температуры пород в забое (рис. 5).
Из рисунка видно, что размер среднего куска уменьшился в 2 раза при повышении средней температуры пород от 1 до 9 градусов в период наблюдений май-июль.
С уменьшением размера среднего куска в экскаваторном забое с 300 до 135 мм производительность драглайна увеличивается почти в 3 раза. При этом с увеличением доли крупных фракций (400-800 мм) от 3 до 15 % производительность драглайна снижается в 3 раза, а с увеличением доли мелких фракций (до 200 мм) вдвое, от 15 до 30 %, повышается в 3 раза.
Проведенными исследованиями установлена зависимость изменения температуры поверхностного слоя смерзшихся горных пород взорванного мас-
Рис. 6. Изменение времени цикла и производительности драглайна от температуры пород в забое
а б
Рис. 7. Температура пород в забое: а
зимний период
сива при последовательном обнажении забоя и ее взаимосвязь с производительностью драглайна (рис. 6).
Показано, что фактическое время цикла с понижением температуры увеличивается в несколько раз и соответственно резко снижается производительность экскаватора. Снижение и последующая стабилизация времени рабочего цикла драглайна происходит в период, когда температура поверхностного слоя горных пород по-
— в весенне-летний период; б — в осенне-
следовательно обнажаемого забоя повышается до +5 + 7 градусов.
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 +200С и выше) и отрицательной температуры пород в забое в условиях его обнажения, это способствует
Таблица 1
Расчетные длины экскаваторных блоков и производительность драглайна
Модель драглайна на вскрышном уступе ЭШ-11/70 ЭШ-11/70 ЭШ-11/70 ЭШ-11/70
Модель драглайна на породном прослое ЭШ-11/70 ЭШ-11/70 ЭШ-11/70 ЭШ-11/70
Ширина вскрышной заходки (м) 40 40 40 40
Высота вскрышного уступа (м) 20 20 20 20
Мощность верхнего пласта полезного 10 10 10 10
ископаемого (м)
Мощность породного прослоя (м) 2 2 2 2
Мощность нижнего пласта полезного ис- 5 5 5 5
копаемого (м)
Коэффициент сброса 0,25 0,25 0,25 0,25
Объем породы на верхней поверхности развала, (м3Чп.м) 92 92 92 92
Глубина отвальной ёмкости (м): 2,7 2,7 2,7 2,7
Удельный объем переэкскавации, м3 /п.м. 110 110 110 110
Итоговый коэффициент переэкскавации 0,12 0,12 0,12 0,12
Производительность экскаватора по целику, (м3/мес.) 35020 65168 71163 82930
Сменное подвигание забоя по целику (м) 1,8 3,4 3,7 4,3
Количество смен в день 2 2 2 2
Количество рабочих дней 24 24 24 24
Длина экскаваторного блока с учетом разработки междупластья (м) 88 163 178 207
Температура породы в забое (град.) -12 -1 1 5
интенсивному выделению влаги на поверхности кусков породы и создает благоприятные условия для повторного смерзания (рис. 7, 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 0С температуры окружающего воздуха, но совпадает с ней по знаку, что замедляет процесс смерзания взорванного массива (рис. 7, б). 160
Таким образом, в эти периоды во взорванном многолетнемерзлом массиве происходят различные по своей физической природе процессы промерзания-протаивания, обуславливающие интенсивность смерзания и эффективность экскавации горных пород.
В связи с этим, время цикла драглайна для этих периодов предложено определять по отдельным эмпирическим зависимостям.
Весна-лето:
Тц = е
0,34-0,044Тп+9,58-10 Т П
мин.
Осень-зима: Тц = 0,63е , п мин.
где Тп - температура пород в забое, град.
Экспериментальные данные по взаимосвязи производительности экскаватора от температуры поверхностного слоя горных пород последовательно обнажаемого забоя послужили основой для построения математической модели и пакета программ расчета параметров бестранспортной технологии внутреннего отвалообразова-ния, которая позволяет обосновать требуемую производительность экскаватора и оптимальную длину разрабатываемого блока с учетом фактора вторичного смерзания в разные климатические периоды производства вскрышных работ. Натурными исследованиями установлены особенности теплового режима в развале взорванных многолетнемерзлых горных пород в периоды весна-лето, осень-зима, при последовательном обнажении забоя.
Величину сменного подвигания забоя драглайна рекомендуется определять на основе установленной взаимосвязи между временем цикла драглайна и температурой пород в забое по формуле:
60Т ЕК К
L =-2см--,м/смену ,
ТиВЬК2р(1 - Кс)(1 + Кп)' у'
где Тсм — время смены, час; Е - ёмкость ковша, м3; Кнк - коэффициент наполнения ковша; Кис - коэффициент использования экскаватора во времени; В - ширина экскаваторной заходки, м; Ь - высота вскрышного уступа, м; Кр, Кс, Кп - коэффициенты разрыхления, сброса и переэкскавации соответственно.
В качестве примера, в табл. 1 представлены параметры экскаваторных блоков по фактору смерзания для условий разреза Кангаласский ХК «Якутуголь», полученные с использованием разработанной программы расчета параметров бестранспортной технологии внутреннего отвалообра-зования.
Полученные результаты исследований позволяют обосновать рациональные параметры бестранспортной системы разработки смерзающихся вскрышных пород в различные периоды года на месторождениях крио-литозоны. [ГШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Панишев Сергей Викторович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, [email protected],
Ермаков Сергей Александрович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией, [email protected],
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН.
^___
