Обоснование технологии подготовки новых горизонтов на обводненных угольных карьерах гидравлическими экскаваторами типа обратная лопата тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат технических наук Авраамов, Владимир Сергеевич

• Авраамов, Владимир Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Авраамов, Владимир Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РОССИИ ПО ВЕЛИЧИНЕ ВОДОПРИТОКОВ И ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ ГОРНЫХ РАБОТ НА ОБВОДНЕННЫХ КАРЬЕРАХ.

1.1. Анализ горно-технологических условии на угольных месторождениях России.

1.4. Анализ технологий углубки карьера на обводненных карьерах.

1.3. Обзор сведений о подготовке новых горизонтов на карьерах с обильными водопритоками и применяемое основное выемочно-погрузочное оборудование.

1.4. Цель и задачи исследования.

1.5. Выводы.

ГЛАВА II. ВЛИЯНИЕ ГОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ ТИПА ОБРАТНАЯ ЛОПАТА.

2.1. Влияние горно-технологических и гидрогеологических условий на работу гидравлических экскаваторов типа обратная лопата на дне карьера.

2.2. Влияние особенностей залегания угольного пласта на технологию разработки месторояадений.

2.3. Соотношение между параметрами забоя и производительностью.

2.4. Осушение дна карьера с помощью гидравлических экскаваторов типа обратная лопата.

2.5. Возможность уменьшения извлекаемого объема для подготовки новых горизонтов.

2.6. Определение параметров системы разработки при использовании гидравлического экскаватора типа обратная лопата.

2.7. Выводы.

ГЛАВА III. ТЕХНОЛОГИЯ УГЛУБКИ КАРЬЕРА НА УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ ТИПА ОБРАТНАЯ ЛОПАТА.

3.1. Осушение карьера.

3.2. Расчет осушения карьерного поля.

3.3. Отработка пульпы карьерного дна.

3.4. Угол наклона пласта, его влияние на объем и время подготовки новых горизонтов.

3.5. Технологические схемы при подготовке новых горизонтов, расположенных ниже водоносного горизонта.

3.6. Технологические варианты подготовки новых горизонтов.

3.7. Выводы.

ГЛАВА IV. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ НОВЫХ ГОРИЗОНТОВ НА КАРЬЕРЕ «ЛУЧЕГОРСКИЙ» БИКИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.

4.1. Сведения о карьере «Лучегорский».

4.2. Выбор рациональной модели гидравлического экскаватора типа обратная лопата.

4.2.1. Гидравлический экскаватор Caterpillar 365 С.

4.2.2. Гидравлический экскаватор Volvo ЕС 700 В.

4.2.3. Гидравлический экскаватор Hitachi ZX 870Н.

4.2.4. Гидравлический экскаватор Komatsu PC 750-7.

4.2.5. Гидравлический экскаватор Liebherr R974C.

4.3. Совершенствование технологии работ по углубке дна с использованием гидравлического экскаватора.

4.3.1. Роль гидравлического экскаватора при подготовке новых горизонтов.

4.3.2. Технология создания водоприемной траншеи при проходке разрезной траншеи по висячему боку залежи.

4.3.3. Технология создания водоприемной траншеи при проходке разрезной траншеи по угольному пласту.

4.4. Расчет экономической эффективности использования гидравлического экскаватора типа обратная лопата при подготовке новых горизонтов на карьере «Лучегорский».

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологии подготовки новых горизонтов на обводненных угольных карьерах гидравлическими экскаваторами типа обратная лопата»

Актуальность работы. На месторождениях со сложными гидрогеологическими условиями, характеризующимися обильными водопритоками, применение традиционных механических лопат при подготовке новых горизонтов, т.е. углубке карьера, характеризуется малой скоростью этих работ. Это обусловлено тем, что выемочно-погрузочное оборудование и транспорт работают на нижнем горизонте (дне карьерного поля), который не полностью осушен, возникает проблема подтопления техники, из-за чего производительность снижается на 50-60 % по сравнению с их работой в сухих забоях. Повышение скорости углубки карьера можно достичь при помощи современных гидравлических экскаваторов типа обратная лопата (ЭГО), которые, благодаря разнообразной кинематике движения ковша, могут производить черпание ниже его уровня стояния по любой траектории при значительной глубине забоя. Использование этих экскаваторов в сложных гидрогеологических условиях в значительной степени сдерживается из-за практического отсутствия обоснованных и надежных технологических схем горных работ по проведению углубки карьера в обводненных условиях. Важными направлениями исследования в этой области следует считать: разработку методики определения скорости возможной углубки карьера [8], создание водоприемной траншеи при работе гидравлическим экскаватором типа обратная лопата; определение зависимости размеров водоприемной траншеи от величины водопритоков и параметров экскаваторов; обоснование технологии подготовки новых горизонтов. Таким образом, обоснование технологических схем подготовки новых горизонтов на обводненных месторождениях является актуальной задачей горнодобывающей промышленности страны.

Целью диссертационной работы является обоснование и разработка рациональных технологических схем углубочных работ, связанных с подготовкой новых горизонтов на обводненных угольных карьерах, с помощью современных гидравлических экскаваторов типа обратная лопата за счет возможности использования их конструктивных особенностей.

Идея работы - подготовка новых горизонтов в сложных гидрогеологических условиях может осуществляться подуступами с использованием возможности гидравлических экскаваторов типа обратная лопата работать нижним черпанием на большую глубину, стоя на сухой верхней площадке.

Задачи исследования:

1. Анализ гидрогеологических условий угольных месторождений России.

2. Изучение общих сведений о технологии углубочных работ на карьерах.

3. Исследование влияния гидрогеологических факторов на эффективность работы гидравлических экскаваторов типа обратная лопата.

4. Совершенствование технологии углубочных работ в карьере при обильном водопритоке с помощью гидравлических экскаваторов типа обратная лопата.

5. Определение параметров водоприемной траншеи от величины водопритоков и технических характеристик гидравлических экскаваторов.

6. Расчет экономической эффективности применения гидравлических экскаваторов типа обратная лопата при подготовке новых горизонтов на карьере «Лучегорский» Бикинского угольного месторождения.

Основные защищаемые положения, представленные к защите:

1. На карьерах с обильными водопритоками, с целью сохранения безопасной работы горнотранспортного оборудования, следует применять гидравлические экскаваторы типа обратная лопата, способные работать в забоях ниже уровня своего стояния, что позволит увеличить производительность карьера при подготовке новых горизонтов на 40-50%.

2. Скорость углубки карьера на обводненных месторождениях следует определять с учетом величины водопритоков на нижние горизонты и технических характеристик гидравлических экскаваторов. I I

3. При подготовке нового горизонта и монтажа постоянной насосной станции необходимо формирование двухступенчатой водоприемной траншеи подуступами.

Научная новизна работы.

1. Установлена зависимость безопасного расстояния между верхним и нижним забоями от времени осушения рабочей зоны и фильтрационных свойств горных пород;

2. Установлена зависимость основных параметров технологических схем подготовки новых горизонтов от величины водопритоков в карьер и технических характеристик гидравлических экскаваторов, позволяющая определить рациональные размеры водоприемной траншеи, для обеспечения возможности увеличения скорости углубки карьера.

Методы исследований. Общей теоретической и методологической базой диссертационной работы послужили труды отечественных и зарубежных ученых и практиков в области рационального использования полезных ископаемых при открытых горных работ. При выполнении исследований использовались: анализ и обобщение горно-геологических материалов проектных и производственных организаций; горно-геометрические расчеты, метод вариантов для сравнения и выбора целесообразных технологических схем подготовки новых горизонтов на обводненном угольном месторождении.

Достоверность научных положений и выводов, представленных в диссертационной работе, подтверждается достаточным объемом проанализированной и обобщенной исходной информации об обводненных месторождениях и условиях их отработки; получением удовлетворительных результатов по разработанным технологическим схемам и составленными графиками ведения работ для карьера «Лучегорский» Бикинского угольного месторождения.

Практическая значимость работы заключается в обосновании технологии подготовки новых горизонтов на угольных месторождениях с большими водопритоками путем создания водоприемной двухступенчатой траншеи, в частности, при проектировании открытой разработки Бикинского угольного месторождения карьером «Лучегорский».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на Всероссийских научных конференциях молодых ученых (г. Санкт-Петербург, СПГГИ(ТУ), 2005-2009), на 5 и 6-ой международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (г. Воркута, 2007 и 2008), на IX международной конференции «Экология и развитие общества» (г. Санкт-Петербург, 2005), на XII Международном научном симпозиуме имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр», (г. Томск, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 1 в журнале, рекомендованным ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 148 страниц, содержит 34 таблицы, 41 рисунок, а также список литературы из 109 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Авраамов, Владимир Сергеевич

4.5. Выводы

1. Использование гидравлических экскаваторов типа обратная лопата широко распространено в горной промышленности всего экономически развитого мира. Существует множество фирм-производителей данного вида техники, анализ которых был осуществлен.

2. Разработана схема определения рациональной модели гидравлического экскаватора для применения на угольных карьерах в которой учитывались такие факторы как: параметры рабочего оборудования (длина стрелы, рукояти), емкость ковша, габаритные размеры, эксплуатационная масса, удельное давление на грунт, усилия ковша и рукояти, создаваемые при копании. Так же не мало важным является цена экскаватора, его последующее обслуживание и наличие сервисного центра в непосредственной близости от карьера. При анализе данных и рассмотренных экскаваторов для подготовки новых горизонтов на карьере «Лучегорский» выбрана модель - Hitachi ZX870H.

3. Определена роль гидравлического экскаватора при подготовке новых горизонтов с учетом влияния сезона паводков: отработка пульпы, способность копать водоприемною и опережающую траншеи с целью сбора воды, осушения дна и подготовки горизонта, проходка траншеи по висячему борту с шириной по дну bmin=2+3 м.

4. Совместимая работа с ЭКГ-5А, которая работает верхним черпанием позволяет вести добычу и отработку одновременно на двух горизонтах. Благодаря этому сохраняется объем угля на момент окончания сезона паводков и уменьшается количество выемочного оборудования перед сезоном паводков.

5. Гидравлические экскаваторы типа обратная лопата удобно использовать при отработке смежных горизонтов с дном, не боясь отключения электроэнергии и затопления, как на вскрышных так и на добычных работах.

6. Применение ЭГО упрощает технологию подготовки нового горизонта, т.е. ЭГО - это универсальная машина, которая не только способна производить траншею по висячему боку с минимальным объемом и для отработки породного треугольника на висячем боку, но и самостоятельно создавать зумпф для закладки насосной станции.

7. Благодаря кинематическим способностям гидравлического экскаватора типа обратная лопата и его производительности была определена роль при подготовке новых горизонтов. С этим учетом были обоснованы технологические схемы работ, их порядок и последовательность, составлен график Ь=/(Т) для условий карьера «Лучегорский» при проходке разрезной траншеи разрезной траншеи по висячему боку залежи и при непосредственной ее проходке по самому угольному пласту. При этом сокращается время подготовки нового горизонта в 1,23 раза.

8. Чистый дисконтированный доход от внедрения технологии подготовки новых горизонтов на карьере «Лучегорский» составит 2060 тыс. руб.

137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научной квалификационной работой, в которой представлено научное решение актуальной задачи по совершенствованию технологии углубки обводненных угольных карьеров за счет применения гидравлических экскаваторов типа обратная лопата при подготовке новых горизонтов.

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем:

1. Произведено исследование и анализ гидрогеологических условий угольных месторождений России, анализ общих сведений о технологии углубочных работ на карьерах, которые показали значимость данной работы.

2. Проведенные исследования влияния гидрогеологических факторов доказали эффективность применения гидравлических экскаваторов типа обратная лопата, производительность которых больше на 40-50 % по сравнению с традиционным выемочным оборудованием - мехлопатами.

3. С применением гидравлических экскаваторов типа обратная лопата уменьшается объем разрезной траншеи и ее ширина по основанию может быть сокращена до минимума (до 2-3 метров), вследствие чего уменьшается время подготовки горизонта.

4. Предложена зависимость емкости водоприемной траншеи от величины водопритоков и параметров гидравлических экскаваторов.

5. Обоснованы технологии подготовки нового горизонта при обильном водопритоке с помощью гидравлических экскаваторов типа обратная лопата.

6. Применение гидравлического экскаватора типа обратная лопата марки Hitachi ZX870H в сочетании с ЭКГ-5 для подготовки нового горизонта на карьере «Лучегорский» позволяет не только создать водоприемную траншею требуемой вместимости до начала сезона паводков, но и позволяет другому оборудованию, работающему на обустройстве траншеи, сохранить высокую производительность.

7. Представлена экономическая эффективность применения данной технологии подготовки новых горизонтов с помощью гидравлических экскаваторов типа обратная лопата на углубке карьера «Лучегорский» Бикинского угольного месторождения. Чистый дисконтированный доход составил 2,06 млн. рублей в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Авраамов, Владимир Сергеевич, 2010 год

1. Авраамов B.C. Рациональная технология раздельной выемки пластов сложного строения на открытых горных работах/ Н.В. Косенко, Г.А. Холодняков // Труды IX международной конференции «Экология и развитие общества». СПб, 2005

2. Авраамов B.C. Технология отработки пластов полезных ископаемых сложного строения гидравлическими экскаваторами типа обратная лопата. / Н.В. Косенко, Д.В. Тетерин // Сб. «Проблемы машиноведения и машиностроения»: СЗТУ, 2005.

3. Авраамов B.C. Безвзрывная технология углубки карьера с обильным водопритоком/ Г.А. Холодняков, Д.Г. Холодняков // Материалы IX между-народной конференции «Экология и развитие общества». СПб, 2005.

4. Авраамов B.C. Применение гидравлического экскаватора типа обратная лопата при углубочных работах на обводненных карьерах. Сб. Освоение Минеральных ресурсов Севера, г. Воркута, 2007

5. Авраамов B.C. Подготовка новых горизонтов на обводненных карьерах с помощью гидравлических экскаваторов типа обратная лопата. / Г.А. Холодняков // Сб. Освоение Минеральных ресурсов Севера, г. Воркута, 2008

6. Авраамов B.C. Организация горных работ при подготовке новых горизонтов на обводненных карьерах / И.И. Дуданов, Д.Н. Лигоцкий, Г.А. Холодняков // Записки горного института, Том 181, г. СПб, 2009.

7. АгошковМ.И. Актуальные проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. -М.:МГУ, 1993, 279 с.

8. Агошков М.И. С.С. Борисов, В.А. Боярский Разработка рудных и нерудных месторождений. Москва "Недра" 1983г.

9. Анистратов Ю.И. Технологические потоки на карьерах. М., «Глобус», 2005 г.

10. Анистратов Ю.И. Оценка эффективности безвзрывных технологий разработки крепких горных пород на карьерах. М., Горный журнал, № 10, 1997.

11. Анистратов Ю.И. Технологические процессы открытых горных работ. М., Недра, 1995.

12. Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ. М., 1995, с. 351.

13. Антонов В.В. Математические методы в гидрогеологии и инженерной геологии. Учебное пособие. Л., 1987.

14. Арсентьев А.И., Холодняков Г.А. Проектирование горных работ при открытой разработке месторождений. — М., Недра, 1994.

15. Бабушкин В.Д., Пересунько Д.И. Изучение гидрогеологичесих и инженерно-геологических условий полезных ископаемых. М., Недра, 1972.

16. Березин С.Е. Насосные станции с погружными насосами. Расчет и конструирование. М.: ОАО «Издательство «Стройиздат», 2008.

17. Близнюков В.Г. Определение главных параметров карьеров с учетом качества руды. М.: Недра, 1978.

18. Блинов А.Н. Влияние взрывных работ на технологические нормативы селективной отработки сложных рудных забоев. / А.Н. Блинов, Д.Г. Холодняков // Геотехнология на рубеже XXI века. Новосибирск, 1999.

19. Болвинов А. А. Разработка ресурсосберегающей технологии подготовки и экскавации горных пород в зоне глубоких горизонтов угольных карьеров. Дис. канд. техн. наук, Москва, 2005

20. Борзунов В.М. Поиски и разведка месторождений минерального сырья для промышленности строительных материалов. М., Недра, 1968.

21. Бородин М.М. Опыт проектирования открытых горных работ для угольной промышленности Урала // Бюлл. горного общества №1. Свердловск, 1957, с. 17-18.

22. Бродский Г.С. Системы обеспечения надежности гидропривода -инструмент внедрения современной карьерной техники на горных предприятиях России. // Горная промышленность, 2002, №1, с.45-49.

23. Брюховецкий О.С. Технология и комплексная механизация разработки месторождений полезных ископаемых. / О.С. Брюховецкий, Ж.В. Бунин, И.А. Ковалев. -М., 1989.

24. Бульбашев А.П. Инженерно-экологическое обоснование выбора техники и технологии комплексной отработки Афанасьевского месторождения. Автореферат на соиск. уч. степени канд. техн. наук. СПб, СПГГИ (ТУ), 1997.

25. Бульбашев А.П., Шувалов Ю.В. Рациональные технологии освоения месторождений строительных материалов. СПб, МАНЭБ, 2000.

26. Бульбашев А.П., Билюкин А.Б., Супрун В.И. Перспективная техника и технология для производства открытых горных работ. Безвзрывная технология производства работ на базе экскаваторов- мехлопат, оснащенных ковшами активного действия - М.: МГГУ, 1996.

27. Бунин Ж.В. Принципы построения современной математической модели сложноструктурного месторождения и карьерного производства / Ж.В. Бунин, А.Г. Секисов, В.А. Хакумов, Е.В. Рожков // Проблемы теории проектирования карьеров. Л.:, 1190, с. 31-34.

28. Буткевич Р.Г. Анализ способов разрушения скальных горных пород. М., Горный журнал, №10, 1997.

29. Гавришев С.Е. Организационно-технологические методы повышения надежности и эффективности работы карьера. Магнитогорск: МГТУ, 2002, 217 с.31.32,33,3435,3637,38,39,40,41,42.43,44.

30. Галкин В.А. Проектирование горных работ при формировании карьерного пространства зонами концентрации: Учебное пособие. — Магнитогорск: МГМИ, 1991.

31. Гальперин A.M. Геомеханика открытых горных работ, 2003 г. Гальянов A.B. Оптимизация показателей полноты и качества извлечения запасов при добыче // Известия ВУЗов, Горный журнал,2000, №7.

32. Горная энциклопедия, т. 3. М., 1989.

33. Городниченко В.И., Дмитриев А.П. Основы горного дела, М., 2008. Добрецов В.Б. Организация производства на горных предприятиях: Учебное пособие, 4.1: Открытые горные работы. СПб: СПГГИ (ТУ),2001.

34. Домбровский Н.Г. Экскаваторы. -М., 1969.

35. Егин Б.А., Холодняков Д.Г., Егин А.Б. Эколого-технические задачи на открытых горных работах // Экология и развитие Северо-запада. СПб, 1995.

36. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом ПБ-03-498-02, СПб, ЦОТПБСП, 2003

37. Зекцер И.С., Гавич И.К., Ковалевский B.C. Основы гидрогеологии (гидрогеодинамика). Новосибирск "Наука" 1983г. Климентов П.П. Кононов В.М. Методика гидрогеологических исследований.-М., 1989.

38. Климов C.JI., Штейнцайг P.M., ХаспековР.М. О программе кооперированного производства экскаваторов нового поколения. // Горная промышленность, 1999, №2, с. 31-38.

39. Колесников В.Ф. Вскрытие и порядок отработки полей разрезов Кузбасса / В.Ф. Колесников, В.И. Кузнецов, A.C. Ташкинов. -Кемерово: Кузбассвузиздат, 1997.

40. Колесников В.Ф., Корякин А.И., Стрельников A.B. Технология ведения выемочных работ с применением гидравлических экскаваторов // Кемерово: Кузбассвузиздат, 2009.

41. Козловский Е.А. Минерально-сырьевая база угольной промышленности. Т. 1, Т. 2, 1999 г.

42. Косенко Н.В. Основные преимущества гидравлических экскаваторов по сравнению с механическими лопатами. / Н.В. Косенко, Д.В. Голубничий, Ле Дык Фыонг // Сб. «Проблемы машиноведения и машиностроения»: СЗТУ, 2002, № 28.

43. Косолапов А.И. Управление состоянием массива. Красноярск, 1998.

44. Кузьмин Е.В., Хайрутдинов М.М., Зенько Д.К. Основы горного дела, М., 2007.

45. Ламбров В.В., Супрун В.И., Корнев A.B. Перспективы использования тонкослоевой селективной разработки добычных горизонтов на разрезах объединения «Экибастузуголь». М., Уголь, № 2, 1992.

46. Ленченко H.H. Динамика подземных вод. Москва «МГГУ им. С. Орджоникидзе» 2004.

47. Лобанов Н.Я. Экономика природопользования при добыче и переработке полезных ископаемых. Л., ЛГИ., 1988.

48. Лобанов Н.Я. Народнохозяйственная ценность минеральных ресурсов и обоснование их рационального использования. «Рациональное использование недр и охрана окружающей среды» / Н.Я. Лобанов, В.П. Ловчиков. Л.: ЛГИ, 1986.

49. Лобанов Н.Я. Ресурсосбережение важный фактор повышения эффективности горного производства. // Записки ЛГИ, т. 120, 1989.

50. Логинов А.К. Современные технологические и технические решения отработки угольных пластов. 2006 г.

51. Малышева H.A., Томаков П.И., Дранников С. А. Разработка маломощных и сложных угольных пластов открытым способом. — М., Недра, 1975.

52. Мариев П.Л., К.Ю. Анистратов «Карьерная техника по "БЕЛАЗ"» Москва. НТЦ "Горное дело", 2007.

53. МатренинМ. Карьерный гидравлический: впервые в России! // Берг-коллегия. Промышленная безопасность, 2002, №1, с.39.

54. Маттис А.Р., Кузнецов В.И., Ташкинов A.C. и др. Экскаваторы с ковшом активного действия. — Новосибирск, 1996, с.135-140.

55. Мельников Н.В. Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьере. Л., 1981,2, 80 с.

56. Мельников Н.В. Научные проблемы рационального использования минеральных ресурсов СССР. М., ИПКОН, 1969.

57. Мельников H.H., Неволин Д.Г., Скобелев Л.С. Технология применения и параметры карьерных гидравлических экскаваторов. — Апатиты, 1992.

58. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектовпредприятий угольной промышленности (вторая редакция). -М.: «ИНВЕСТТЭК», 2000. 108с.

59. Мироненко В.А. Динамика подземных вод. 2005 г.69