Разработка ресурсосберегающей технологии подготовки и экскавации горных пород в зоне глубоких горизонтов угольных карьеров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат технических наук Болвинов, Анатолий Анатольевич

• Болвинов, Анатолий Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Болвинов, Анатолий Анатольевич

Введение.

Глава 1 Постановка задач и методов исследования.

1.1 Обобщение опыта создания и применения одноковшовых карьерных экскаваторов.

1.2 Способы подготовки массива горных пород к экскавации.

1.3 Применение экскавационной техники новых поколений.

Глава 2 Анализ изменения традиционной технологии отработки горных пород с использованием (ЭКГ-8И+БВР) на технологию опережающей подготовки массива физико-химическим способом и экскавацией ЭГ-10М.

2.1 Характеристика структурно-прочностных свойств горных пород.

2.2 Способы регулирования углов рабочих бортов и применение экскаватора ЭКГ-8И.

2.3 Обоснование энергосиловых возможностей экскаватора ЭГ-10М при разработке горных пород и определяющие элементы системы разработки.

2.4 Способы разупрочнения горных пород.

2.5 Инженерные основы физико-химического разупрочнения массивов горных пород.

Выводы.

Глава 3 Метод расчёта параметров технологических схем.

3.1 Обоснование параметров технологических схем с применением экскаватора ЭГ-10М.

3.2 Метод расчёта параметров комбинированной технологии подготовки пород выемке.

3.3 Обобщение расчёта параметров технологической схемы слоевой отработки 24-х метрового уступа с использованием комбинированного способа подготовки горных пород к выемке.

Выводы.

Глава 4 Опытно-промышленная проверка эффективности комбинированной технологии подготовки пород к экскавации на разрезе «Копейский».

4.1 Методика проведения опытно-промышленной проверки.

4.2 Результаты опытно-промышленной проверки комбинированной технологии подготовки горных пород к экскавации.

Выводы.

Глава 5 Определение эффективности технологических схем с применением экскаваторов ЭКГ-8И и ЭГ-10М.

5.1 Принципы оценки эффективности технологических схем.

5.2 Оценка снижения уровня эксплуатационных затрат.

5.3 Оценка коммерческой эффективности внедрения новой технологии.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка ресурсосберегающей технологии подготовки и экскавации горных пород в зоне глубоких горизонтов угольных карьеров»

Актуальность работы: Стратегия развития топливно-энергетического комплекса России основывается на приоритете угля. Это обусловлено прежде всего практически неисчерпаемым ресурсным потенциалом: надежно разведанные запасы угля в России почти в 400 раз превышают запасы нефти и более чем в 200 раз - природного газа /17/.

Принимая к сведению прогнозные оценки, стратегия преодоления кризисных явлений и развития ключевой отрасли отечественной индустрии, каковой является угольная промышленность, можно сформировать результаты анализа состояния фондов производства и их обеспеченности необходимыми ресурсами. Эта стратегия сводится к необходимости опережающей интенсификации открытой угледобычи на основе широкого освоения ресурсосберегающих, экологически чистых технологий горного производства с использованием технических средств нового поколения.

Разработка и освоение такого рода инженерных решений должны быть ориентированы на конкретные условия перспективных угольных бассейнов страны. В их числе, несомненно, первоочередное внимание следует уделять Кузбассу, на долю которого сегодня приходится более половины добычи каменных углей в России.

При разработке и освоении новых решений в технике и технологии открытой угледобычи приоритетное внимание следует уделять решению проблем ресурсосбережения, полноты и качества выемки минерального сырья, росту производительности труда и исключению из технологического цикла производства горных работ процессов, оказывающих негативное влияние на состояние окружающей среды.

Характерно, что решение этих проблем (в том числе и в Кузбассе) в планируемой перспективе предстоит осуществлять в условиях усложняющейся горнотехнической обстановки на абсолютном большинстве эксплуатируемых угольных месторождений.

Эффективная работа разреза на глубоких горизонтах, как правило, сопровождается увеличением угла рабочего борта, что достигается уменьшением ширины рабочих площадок или увеличением высоты отрабатываемого уступа. Выполнение работ на высоких уступах производится с применением экскаваторов с удлиненными рабочими параметрами. Обладая большим весом, такие машины не могут отвечать технологическим требованиям (маневренности, мобильности и пр.), которые необходимы в стесненных условиях. Кроме того, используемые в настоящее время вскрышные экскаваторы имеют ограниченные энергосиловые ресурсы. Это обусловливает необходимость повсеместного применения буровзрывного способа рыхления коренных пород. При отработке глубоких горизонтов трудно обеспечить требуемое качество взрывной подготовки из-за стесненных условий выполнения работ.

Проблема отработки глубоких горизонтов может быть решена использованием в технологии ведения горных работ гидравлических экскаваторов с более высокими техническими и технологическими возможностями, чем у вскрышных экскаваторов. Применение гидравлических экскаваторов позволит при реализации своих усилий с использованием технологии разупрочнения крепких горных пород разрабатывать послойно высокие уступы без увеличения размеров площадок, необходимых для размещения развала взорванных пород, которые требуются в традиционной технологии буровзрывного способа подготовки пород к экскавации. Поэтому разработка ресурсосберегающей технологии является актуальной научной задачей, имеющей важное практическое значение при отработке глубоких горизонтов угольных карьеров.

Целью данной работы является разработка методов расчета параметров технологических схем с использованием гидравлических экскаваторов нового поколения с расширенным диапазоном кинематических возможностей и обоснование их применения при отработке глубоких горизонтов угольных карьеров.

Основная идея диссертации заключается в том, что для ускорения вскрытия глубоких горизонтов угольных месторождений целесообразно применение технологических решений, обеспечивающих увеличение рабочего угла наклона борта карьера при применении экскаваторов с расширенным диапазоном кинематических возможностей.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Использование экскаваторов нового поколения с расширенным диапазоном кинематических возможностей позволяет производить качественную отработку высоких уступов при минимальных размерах рабочих площадок.

2. В зависимости от прочностных характеристик вмещающих пород, которые возрастают с глубиной карьера, определяется выбор способа разупрочнения горной массы, влияющего на технологию выемочно-погрузочных работ.

3. Применение экскаваторов ЭГ-10М с предварительной подготовкой породы физико-химическим способом или с использованием комбинированного способа позволяет увеличивать рабочий угол борта карьера.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируются на применении апробированных методов исследования, удовлетворительной сходимости расчетов теоретических, лабораторных исследований и натурных испытаний, большом объёме экспериментальных исследований.

В результате исследования разработаны методы расчета параметров технологических схем горного производства в зоне глубоких горизонтов угольных разрезов с учетом оптимального регламента комбинированного способа подготовки массивов крепких горных пород к экскавации. Была проведена опытно-промышленная проверка эффективности комбинированного способа подготовки массивов крепких горных пород к экскавации и осуществлено технико-экономическое обоснование эффективности применения новых технологий при отработке крепких горных пород в зоне глубоких горизонтов.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей, связывающих параметры технологических схем горного производства с особенностями работ на глубоких горизонтах угольных карьеров.

Практическое значение работы состоит в разработке метода ресурсосберегающей технологии подготовки и экскавации горных пород и в расчёте параметров технологических схем в зоне глубоких горизонтов угольных карьеров.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по организации ресурсосберегающей технологии подготовки и экскавации горных пород в зоне глубоких горизонтов с использованием техники новых поколений приняты к реализации в условиях разреза «Копейский» ОАО «Челябинскуголь».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГТУ, 20022003 гг.) и на заседании кафедры.

Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 3 научных статьи в периодических изданиях.

Автор считает своим долгом выразить благодарность всем преподавателям кафедры ТО Московского Государственного Горного Университета, особенно проф.,докт.техн.наук Бубису Ю.В, а также работникам фирмы ООО "РОСУГЛЕПРОМ" научному руководителю проф.,докт.техн.наук Штейнцайг Р.М и канд.,техн.наук Заровненко О.В за помощь оказанную при выполнении научно-исследовательской работы.

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Болвинов, Анатолий Анатольевич

Основные выводы и результаты, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1) Применение гидравлических экскаваторов ЭГ-10М и использование физико-химического в комбинации с буровзрывным способом подготовки пород позволят отрабатывать всю гамму пород, в том числе самые крепкие (крупноблочные) песчаники, на глубоких горизонтах;

2) Установлены области применения гидравлического экскаватора ЭГ-10М и способы подготовки пород к экскавации в условиях открытой угледобычи для литотипов с прочностью: без предварительной подготовки пород к

Стсж ^ 26 МПа экскавации; с предварительным разупрочнением пород физикостсж = 26-70 МПа химическим способом; с предварительной подготовкой комбинированным стсж > 70 МПа способом (физико-химический и буровзрывной способы);

3) Расчетами установлено, что использование гидравлического экскаватора ЭГ-10М на угольных разрезах позволяет увеличить средний диаметр взрываемого куска в 1,2-1,25 раза по сравнению с мехлопатами аналогичной ёмкости ковша без относительного снижения его производительности;

-1194) Несмотря на уменьшение линейных размеров экскаватора 11ч.у, Нр., Нкоп., а также основных параметров системы разработки, таких как высота уступа (отдельного слоя), ширина заходки в целом на 15-20% по сравнению с аналогичными показателями мехлопат типа ЭКГ-10 (ЭКГ-8И), выявлены существенные технологические преимущества гидравлических экскаваторов, заключающиеся в возможности:

- проведения слоевой отработки высоких уступов, без относительного увеличения рабочих площадок для размещения взорванной породы; при этом угол рабочего борта при 24-метровых уступах увеличивается до 24-26°, вместо 16° при обычной технологии отработки крепких пород;

- проработки массивов горных пород при различном напластовании при отработке горизонтальными слоями сверху вниз, а также качественной и безопасной отработки уступов при устранении нависей и козырьков;

- раздельной, качественной отработки породоугольного массива при различной мощности пластов и их залегании (при этом возможно снижение потерь при разубоживании угля до 30%).

5) Применение в практике отработки породоугольных массивов безвзрывных и комбинированных методов понижения прочностных свойств экскавируемых литотипов пород создает надежные предпосылки для разработки технологических схем ведения горных работ, основанных на применении карьерных гидравлических экскаваторов в различных горногеологических условиях их эксплуатации при боковом и торцевом забоях, с погрузкой породы в автосамосвалы на горизонте установки и ниже уровня стояния. Разработанные технологические схемы обеспечивают надежную и производительную работу этих машин в условиях угольных разрезов, позволяют интенсифицировать горные и особенно вскрышные работы за счет увеличения темпов отработки 1 м забоя;

6) Экономическая эффективность применения экскаваторов ЭГ-10М по сравнению с традиционной технологией ведения горных работ с экскаватором ЭКГ-8И при условии снижения коэффициента вскрыши с 8 до

- 1206 м3/т обеспечивает снижение себестоимости на 30-35%. Коммерческая эффективность обеспечивается:

- сокращением срока окупаемости в 2,8 раза и дисконтированного срока -в 8 раз;

- повышением чистых доходов проекта в 2,9 раз, внутренней нормы доходности - в 4,4 раза и чистого дисконтированного дохода - в 4,7 раза;

7) Эффективность технологических схем ведения горных работ с применением гидравлических экскаваторов зависит от степени замены традиционного буровзрывного способа на безвзрывной способ с использованием энергосилового потенциала экскаватора (при ссж < 26 МПа) и физико-химический способ с применением ПАВ (при 26 < асж < 70 МПа). Так, при подготовке мелко - и среднеблочных пород прочностью < 70 МПа к экскавации физико-химическим способом и отработке пород гидравлическими экскаваторами экономическая эффективность только от сокращения расхода ВВ на каждом миллионе кубометров вынутой горной массы может составить 1,2-1,3 млн. руб. Кроме того, с уменьшением доли буровзрывных работ резко сокращается (почти в 2 раза) экологическая нагрузка на окружающую среду за счет минимизации выбросов в атмосферу продуктов детонации и горения ВВ, а также пылевидных фракций дробимых пород.

Полученные выводы и рекомендации использованы Горным институтом проектирования предприятий угольной промышленности (г. Новосибирск) «Гипроуголь».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований в диссертационной работе решена актуальная научная задача разработки методов расчёта параметров технологических схем с использованием гидравлического экскаватора нового поколения с расширенным диапазоном кинематических возможностей и дано обоснование его применения при отработке глубоких горизонтов угольных карьеров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Болвинов, Анатолий Анатольевич, 2005 год

1. Беляков Ю.И. Совершенствование технологии выемочно-погрузочных работ на карьерах. М.: Недра, 1977.

2. Беляков Ю.И., Владимиров В.М. Совершенствование экскаваторных работ на карьерах. М.: Недра, 1974.

3. Богачев А.Ф. Управление запасами горной массы и надежность работы карьера. М.: Недра, 1979.

4. Болвинов A.A. Анализ технологии подготовки и экскавации горныхпород в зоне глубоких горизонтов. // Деп. рук. №340/03-04, 3 стр. М.: МГГУ, Горный информационно-аналитический бюллетень, 2004, №3.

5. Болвинов A.A. Исследование возможности применения гидравлического экскаватора ЭГ-10М при различных условиях ведения горных работ. // Деп. рук. №361/09-04, 4 стр. М.: МГТУ, Горный информационно-аналитический бюллетень, 2004, №9.

6. Болвинов A.A. Обоснование энергосиловых возможностей экскаватора ЭГ-10М при разработке горных пород. // Деп. рук. №351/06-04, 4 стр. -М.: МГТУ,Горный информационно-аналитический бюллетень,2004, №6.

7. Буктевич Г.Р. О высоких уступах на нерудных карьерах, ГЖ. №2; 2000г.

8. Бурыкин С.И. Исследование влияния высоты уступа на эффективность горных работ// Автореферат дис. канд. технич. наук. Свердловск, 1992.

9. Виницкий К.Е., Воронков Г.Я., Марцинкевич Г.И., Шендеров А.И., Штейнцайг P.M. Технологические основы разупрочнения. М.: ИГД им. Скочинского А.А, 1995.

10. Виницкий К.Е., Васильев В.А., и др.// Горная промышленность. -1998/1.

11. Воронков Г.А, Берман А.В, Гайнулин P.P. Метод определения энерговооруженности рабочего процесса экскавации во взаимосвязи с параметрами массива горных пород// Открытые горные работы.2000/№3

12. Воронков Г.Я., Марцинкевич Г.И., Штейнцайнг P.M. Разупрочнение горного массива с использованием поверхностно-активных веществ. Горный вестник (ИГД им. A.A. Скочинского), 1993, №2.13