ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ДЛИНЫ ФРОНТА РАБОТ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ КАРБО-НАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАШИН ПОСЛОЙНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ И АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

Виноградов И.П.

аспирант, Санкт-Петербургский Горный Университет, г.Санкт-Петербург, РФ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ДЛИНЫ ФРОНТА РАБОТ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ КАРБО-НАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАШИН ПОСЛОЙНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ И АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

Аннотация

Традиционно при разработке сложноструктурный карбонатных месторождений применяется буровзрывной способ подготовки к выемочно-погрузочным работам. При всех своих достоинствах буровзрывной способ имеет и ряд недостатков. Одним из важных недостатков является отсутствие возможности ведения селективной выемки. Машины послойного фрезерования позволяют вести тонкослоевую выемку, улучшить качество добываемого сырья и повысить безопасность ведения горных работ. Установление зависимости длины фронта работ при открытой разработке сложноструктурных карбонатных месторождений с использованием машин послойного фрезерования от удельных эксплуатационных затрат позволит на практике снизить затраты на добычу. 

Ключевые слова: автосамосвал, карьерный комбайн, длина фронта работ, сложноструктурные месторождения, затраты.

Vinogradov I.P.

Postgraduate student, Saint Petersburg Mining University

Saint Petersburg, Russia

DEFINTION OF OPTIMAL DURATION OF WORK FRONT AT OPEN MINING OF CARBONATE DEPOSITS OF COMPLEX STRUCTURE USING LAYER BY LAYER CUTTING MACHINES AND AUTOMOBILE TRANSPORT

Abstract

Traditionally, drilling and fire system is used in preparing to extraction-and-loading work at development of carbonate deposits of complex structure. With all its benefits drilling and fire system has a number of shortcomings. One of its major drawbacks is the impossibility of selective mining. Layer by layer cutting machines allow to perform the thin-layer mining, improve the quality of the produced raw materials and improve the safety of the mining operations. The determination of the dependence of the work front during the development of carbonate deposits of complex structure with the usage of layer by layer cutting machines from the specific operating costs allows to reduce the production costs in practice.

Keywords: Dump truck, surface miner, duration of wok front, deposits of complex structure, costs.

 

Анализ работы предприятий, разрабатывающих карбонатные месторождения, показал, что добыча полезного ископаемого на данных месторождениях производится с применением валовой выемки без сортировки, когда вся взорванная горная масса транспортируется на дробильно-сортировочную фабрику, или селективно. Валовая выемка, обеспечивает высокую производительность карьера по полезному ископаемому, но не является эффективной при разработке сложноструктурных карбонатных месторождений.

По форме залегания полезного ископаемого практически все карбонатные месторождения представлены пластообразными или линзообразными формами залежей.

Раздельная разработка маломощных пластов, связанная с применением специальных методов взрывания и забойной экскаваторной сортировки, технически трудноосуществима и практически возможна только при легко различимых сортах полезного ископаемого, поэтому не всегда возможно получение необходимого качества полезного ископаемого.

Сложноструктурные месторождения, представленные несколькими пластами полезного ископаемыми необходимо разрабатывать послойно, так как такая технология позволяет избегать засорения полезного ископаемого и производить его селективную выемку. Степень качества полезного ископаемого, добываемого при помощи фрезерных комбайнов, значительно зависит от квалификации машиниста комбайна и правильности выбора типа резцов для определённого вида полезного ископаемого. [1]

Тонко-слоевая технология выемки полезного ископаемого, с применением фрезерных комбайнов позволяет производить безвзрывную добычу пород.

Рис. 1 ­- Схема погрузки фрезерного комбайна в автосамосвал

Машины послойного фрезерования успешно зарекомендовали себя при разработке месторождений известняков (месторождения Канкар 1, 2, Индия; Перлмозер, Австрия; Холли Хил, США; Беочин, Сербия; Афанасьевское, Россия и др.), каменных углей (San Miguel, США; Western Collieries, Mount Thorley, Австралия; Gacko, Termoelektran, Югославия; Mina do Recreio, Butia Copelmi, Бразилия; Bienfait, Канада; Каражыра, Казахстан; Восточно-Бейское, Жеронское, Узбекистан), горючих сланцев (Кivioli, Эстония), фосфоритов (Джерой-Сардаринское, Узбекистан), медных руд (Чили), бокситов (Дебеле, Фрия; Гвинея) и др. [3,4].

Технология послойного фрезерования подразумевает выемку запасов слабонаклонными, либо горизонтальными заходками без применения взрывчатых веществ. Конструктивные особенности фрезерных комбайнов, когда фрезерный вал находится впереди ходовой части и кабины оператора, позволяют параллельными и перпендикулярными заходками по отношению к добычному и погашаемому породному уступу обеспечить максимальную полноту выемки полезного ископаемого на приконтурных участках рудных тел.[2]

Машины фрезерного типа (“Surface Miner” – SM) позволяют осуществлять послойную безвзрывную разработку пород средней крепости (f=7-8). Они могут использоваться с различными видами транспорта (автомобильным, конвейерным и комбинированным). Наиболее известны следующие типы машин:

• VASM с вынесенным на стрелу рабочим органом
• WSM - комбайн послойного фрезерования с центральным расположением рабочего органа шнекового типа. Это наиболее распространённые машины. Машины предназначены в основном для отработки сложноструктурных горизонтальных или слабонаклонных залежей при относительно небольших значениях мощностей отдельных пластов и породных пропластков. Их целесообразно использовать в сочетании с автотранспортом при относительно невысоких объемах горных работ. Конструкция ходового оборудования позволяет изменять направление движения только по определенному радиусы и исключается разворот на месте.
• KSM – широкозахватная машина послойного фрезерования с консольным расположением рабочего органа. Их эффективно можно применять при относительно больших объемах горных работ и для селективной разработки сложноструктурных залежей. [5]

Эффективность работы горнотехнической системы значительно зависит от длинны фронта работ, изменяющегося при развитии горных работ.

Оптимальная длина фронта работ, приходящаяся на систему, должна обеспечивать установленную производительность системы, минимальную себестоимость добычи.

Годовая производительность системы:

                                       (1)

где  - годовое подвигание фронта работ, м;

 - длина фронта работ, м;

 - высота уступа, м.

При транспортировании полезного ископаемого карьерными автосамосвалами общие удельные эксплуатационные затраты на автомобильный транспорт, зависящие от длины фронта работ

                                  (2)

где  - удельные затраты на транспортирование полезного ископаемого автосамосвалами, руб./т;

 - удельные затраты на строительство автодорог, руб./т;

 - удельные затраты на поддержание автодорог, руб./т.

Среднее расстояние транспортирования полезного ископаемого

                                      (3)

где  - длина фронта работ, м;

 - годовое подвигание фронта работ, м;

 - расстояние транспортирования от пункта разгрузки до начала заходки фрезерного комбайна, м.

Сменная эксплуатационная производительность автосамосвала

                                    (4)

где  - грузоподъемность автосамосвала, т;

 - средняя скорость движения автосамосвала, м/ч;

 - продолжительность работы автотранспорта в течение смены, ч.

Удельные затраты при транспортировании полезного ископаемого карьерными автосамосвалами

                             (5)

где  - стоимость машино-смены автосамосвала, руб./смен.

Удельные затраты на строительство магистральной автодороги

                            (6)

где  - эксплуатационные затраты на строительство 1м магистральной автодороги, руб.

 - годовая производительность фрезерного комбайна, т.

Удельные затраты на поддержание магистральной автодороги

                                    (7)

где  - затраты на поддержание 1м магистральной автодороги, руб.

Общие удельные затраты при автомобильном транспорте полезного ископаемого, зависящие от длины фронта добычных работ

               (8)

                                          (9)

где  - объемная масса полезного ископаемого, т/м³.

С учетом формул (2 –9) общие удельные эксплуатационные затраты на автомобильный транспорт, зависящие от длины фронта работ можно найти по данной формуле:

    (10)

Для определения оптимального значения длины фронта работ необходимо взять первую производную уравнения (10) и приравнять ее к нулю

Первая производная

                 (11)

Вторая производная  следовательно зависимость (10) имеет минимум.

Приравниваем первую производную (11) к нулю и, решая уравнение относительно , определяем оптимальную длину фронта работ при автомобильном транспорте полезного ископаемого

                 (12)

На рис.2 представлен график зависимости общих удельных затрат от длины фронта работ при автомобильном транспорте полезного ископаемого для месторождения «Большевик» Саратовская область.

Рис. 2 - График зависимости общих удельных затрат от длины фронта работ

Результаты, представленные на рис.2 показывают, что оптимальное значение длины фронта при автомобильном транспорте на данном месторождении полезного ископаемого составит 210 - 234 м.

Список литературы / References

1. Басов Т.С. Разработка технологических мероприятий, обеспечивающих малоотходную добычу полускального строительного сырья открытым способом / Т.С. Басов, И.В. Дружинин, В.В. Иванов // Электронный сборник статей, 2013. – 210 с.
2. Виноградов И.П. Определение потерь руды при проектировании технологии послойного фрезерования наклонных залежей сложного строения / И.П. Виноградов, И.В. Смелянский // Сборник: «Новая наука: проблемы и перспективы», РИЦ АМИ, 2015 – 184 с.
3. Пихлер М. Направление совершенствования и результаты применения комбайнов Wirtgen Surface Miner на карьерах и разрезах мира / М. Пихлер, Ю.Б. Панкевич // Горная промышленность, № 3, 2000 . – 42 с.
4. Райков А.Б Новый карьерный комбайн Wirtgen 2200 SM в Республике Гвинея / А.Б. Райков, А.Г. Шевченко, А.М. Панченко и др // Горная промышленность, № 1, 2002. –5 с.
5. Трубецкой К.Н. Проектирование карьеров / К.Н. Трубецкой, Г.Л. Краснянский, В.В. Хронин и др// Москва «Высшая школа», 2009. – 695 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Basov T.S. Razrabotka tehnologicheskih meroprijatij, obespechivajushhih maloothodnuju dobychu poluskal'nogo stroitel'nogo syr'ja otkrytym sposobom [Development of technological measures to ensure low-waste production of building materials by open pit] / S. Basov, I.V. Druzhinin, V.V. Ivanov // JElektronnyj sbornik statej [Collection of scientific works], 2013. – P. 210 [in Russian]
2. Vinogradov I.P. Opredelenie poter' rudy pri proektirovanii tehnologii poslojnogo frezerovanija naklonnyh zalezhej slozhnogo stroenija [Determination of ore losses in the design of layer-milling technology inclined deposits of complex structure] / I.P. Vinogradov, I.V. Smeljanskij // Sbornik: «Novaja nauka: problemy i perspektivy», RIC AMI [Collection of scientific works: «New sience: Prospects and Problems»], 2015 – 184 p. [in Russian]
3. Pihler M. Napravlenie sovershenstvovanija i rezul'taty primenenija kombajnov Wirtgen Surface Miner na kar'erah i razrezah mira [The direction of improvement and results of harvesting Wirtgen Surface Miner in open pits around the world] / M. Pihler, JU.B. Pankevich // Gornaja promyshlennost' [Mining], № 3, 2000 . – 42 p. [in Russian]
4. Rajkov A.B Novyj kar'ernyj kombajn Wirtgen 2200 SM v Respublike Gvineja [New Wirtgen Surface Miner 2200 SM in the Republic of Guinea] / A.B. Rajkov, A.G. SHevchenko, A.M. Panchenko i dr // Gornaja promyshlennost' [Mining], № 1, 2002. – 5 p. [in Russian]
5. Trubeckoj K.N. Proektirovanie kar'erov [Open pit design] / K.N. Trubeckoj, G.L. Krasnjanskij, V.V. Hronin i dr// Moskva «Vysshaja shkola», 2009. – 695 p.