УДК 622.271.681.3.01
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ БЕСТРАНСПОРТНОЙ ВСКРЫШИ
Татьяна Александровна Кравченко, студентка гр. ГОз – 63,
филиала ГУ КузГТУ в г. Белово,
руководитель Виктор Леонидович Мартьянов, доцент, канд. техн. наук.
Обоснование рациональной технологии отработки бестранспортной вскрыши производится сравнением энергозатрат по «Райчихинской» и «Моховской» схемам работы драглайна, применяемым в Кузбассе.
Как «Райчихинская», так и «Моховская» технологические схемы характеризуются установкой драглайнов на промежуточном навале, располагающемся между рабочим бортом и отвалом.
При работе по «Райчихинской» схеме (см. рис. 1) порода верхней части вскрышного уступа hy, высотой (0,4 – 0,6) hy отрабатывается верхним черпанием и перемещается в промежуточный отвал для строительства трассы хода драглайна. Порода нижней части вскрышного уступа (нижнего подуступа) перемещается только в основной отвал. Из промежуточного отвала порода (Sпо) также перемещается в основной отвал. Порода призм волочения при отработке верхней части уступа в объеме до (0,5 - 0,75) Sвпу ( сечения заходки верхнего подуступа в м2 * 1м длины) укладывается в нижнюю часть трассы хода драглайна и затем перемещается в основной отвал совместно с породой промежуточного навала. Порода призм волочения при черпании из нижнего подуступа в объеме до 0,5Sнпу (сечения заходки нижнего подуступа) подтягивается к блокам тяговых канатов, мешает работе драглайна и требует систематической уборки путем сталкивания задней стенкой ковша обратно в забой. Таким образом, объем работы драглайна при работке по этой схеме нижним черпанием увеличивается и составит не менее 1,5Sнпу.
Работа совершается при подъеме породы по нижнему вскрышному уступу на высоту hч (высота черпания), при перемещении породы из забоя в отвал на расстояние L1 (для верхнего подуступа в предотвал) и L2 ( для нижнего в основной отвал), а так же при переэкскавации породы из промежуточного отвала в основной на расстояние L3. Работа почти не совершается при верхнем черпании вскрышного уступа, т. к. при этом порода перемещается сверху вниз и переносится в ковше в отвал в объеме порядка (0,25 – 0,5)Sвпу, увеличивая объем переэкскавации.
Рис. 1. «Райчихинская» схема работы драглайна
Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы на подуступах, на перемещение в промежуточный навал и в основной из нижнего подуступа и промежуточного навала:
A = с*g*(0,25 - 0,5)Sвпу*L1 / cosц1 + с*g*1,5Sнпу*L2 / cosц2 + с*g*Sпо*L3 / cosц3,
ц1, ц2, ц3 – углы, между центрами тяжести верхней, нижней вскрышных заходок и промежуточного навала и вершиной основной отвальной заходки драглайна;
с – плотность породы, м3/т;
g - ускорение свободного падения, м/с2.
«Моховская» схема экскавации показана на рис. 2.
Рис. 2. «Моховская» схема работы драглайна
Энергозатраты при работе по этой схеме складываются только из черпания породы из первой части вскрышной заходки по ширине S1з и второй ее части по ширине S2з и из промежуточного навала Sпо, образованного при черпании призмами волочения при отработке первой по ширине заходки. Все эти породы являются объемами экскавации и распределены при черпании в примерно следующем отношении:
Sвз = 0,25S1з + (0,25)S2з + Sпо, тогда энергозатраты составят
А = с*g*Sвз*(L2 + L3) / 2cosцcp,
где Sвз – сечение вскрышной заходки, (м2 * 1м заходки);
цср – средний угол центра тяжести всех выемочных заходок, град.
Из приведенных формул можно видеть, что энергозатраты при работе драглайна по «Моховской» схеме существенно ниже (исключается два слагаемых энергозатрат), чем при работе по «Райчихинской». И это несмотря на то, что экскаваторный блок должен отрабатываться не за один, а за два прохода драглайна ( число шаганий драглайна увеличивается практически в 2 раза) и угол поворота драглайна для разгрузки несколько увеличивается на величину (L2 + L3) / 2. Это происходит потому, что, во-первых, объем отработки вскрыши нижнего подуступа в «Райчихинской» схеме возрастает в 1,5 раза за счет экскавации объемов призм волочения, возвращаемых в забой отталкиванием задней стенкой ковша от блоков тяговых канатов драглайна. А во-вторых, отсутствуют объемы переэкскавации породы трассы хода драглайна (промежуточного навала).
Сравнение энергозатрат «Райчичинской» и « Моховской» схем экскавации породы драглайном при его работе с предотвала показывает, что при работе по «Райчихинской схеме совершаемая драглайном работа по черпанию породы из вскрышной заходки и предотвала, переносу ее в отвал в 1,5 - 1,75 раза больше.
Это на 92 – 95% коррелируется с данными практики: ежемесячно выполняемый драглайнами ЭШ 10/70 объем вскрыши по этой схеме порядка 300 тыс. м3.
Производство вскрышных работ драглайном по «Моховской» схеме отличается новым принципом его использования, который заключается в совмещении операций черпания со сбросом породы призм волочения с уступа наполненным ковшом для отсыпки промежуточной трассы. Это достигается смещением оси первого хода экскаватора в сторону отвала.
В «Райчихинской» схеме трасса хода драглайна создается разгрузкой наполненного ковша.
Особенностями «Моховской» схемы являются:
1. Деление вскрышной заходки по ширине на две для увеличения высоты черпания и, следовательно, объема сброса породы призм волочения – до 50% от объема первой вскрышной заходки.
2. Более низкая высота трассы хода с целью увеличения высоты черпания, уменьшения ее объема и строительства только за счет объемов призм волочения.
3. Дополнительный второй ход драглайна вдоль фронта вскрышного уступа, причем с небольшими зигзагами шагания, для отработки второй части заходки и некоторое увеличение из-за этого угла поворота драглайна для разгрузки.
4. И что наиболее важно, снижение на 80 – 100% объема переэкскавации пород из-за исключения работ по переэкскавации промежуточной трассы по завершении отработки заходки.
5. Сокращение продолжительности работы драглайна по выемке вскрыши из массива пород из-за значительного снижения объемов вторичной перевалки, что определяет увеличение его производительности по вскрыше в 1,5 – 1,75 раза.
Для детальной оценки величины снижения энергозатрат по технологии с полезным использованием сброса пород призм волочения при верхнем черпании в сравнении с «Райчихинской» схемой выполнены расчеты [1] для драглайна ЭШ-10/70. Все расчеты выполнены по средневзвешенным параметрам операций рабочего цикла по отработке заходок (см. табл. 1).
Таблица 1
Средневзвешенные значения параметров операций рабочего цикла
ПАРАМЕТРЫ ОПЕРАЦИЙ Рабочего цикла | Моховская схема экскавации | Райчихинская схема экскавации |
1. Мощность вскрыши, м | 16 28 | 16 28 |
2. Отношение объема призмы | 0,58 0,47 | 0,58 0,61 |
3. Угол черпания, град* | -2,7 -1,5 | -6,8 -2,5 |
4. Высота черпания, м** | +0,72 +1,86 | +2,47 +1,06 |
6. Ср. угол поворота, град | 53,6 68,1 | 41,9 59.1 |
7. Коэффициент сброса породы с уступа | 0,127 0,050 | нет нет |
8. Коэффициент переэкскавации | нет нет | 0,137 0,214 |
* знак (-) означает нижнее черпание; ** знак (+) – верхнее черпание
В расчетах за энергетические показатели принимались:
1. Физическая работа экскаватора за один рабочий цикл.
2. Физическая работа экскаватора за период отработки одной вскрышной заходки.
В результате выполненных расчетов установлено следующее. При работе по «Моховской» схеме увеличение средневзвешенной высоты черпания драглайна приводит к уменьшению на 2 -4% массы породы в ковше, уменьшению средневзвешенного угла наклона траектории черпания на 1 – 3о. Это увеличивает величину протяжки ковша для его наполнения и угол поворота экскаватора на разгрузку на 11 – 12о. Все это негативные моменты работы драглайна по этой схеме, которые приводят к ухудшению работы главных приводов драглайна: увеличению удельной полной работы механизма тяги на 5 – 9%; механизма подъема на 3 – 8%; механизма поворота на 0,4 – 3%.
В тоже время, уменьшение объемов вторичной перевалки и сброс породы при наполнении ковша непосредственно в отвал приводит к тому, что число рабочих циклов черпания при работе драглайна по «Моховской» схеме в 1,25 – 1,3 раза меньше, хотя циклов шагания больше в два раза. В тоже время работа по перемещению экскаватора незначительна и составляет 0,05 – 0,25% от всех энергозатрат на выемку вскрышной заходки. В результате удельная работа (в МДж/м3) драглайна снижается примерно на 10%, а энергозатраты на отработку всей вскрышной заходки на 22 – 25%.
Список литературы
1. Проноза технология производства вскрышных работ на пластовых месторождениях /Актуальные проблемы горного производства / КузГТУ – Кемерово, 1998. – С. 34 – 37.
2. Альбом оптимальных инженерных решений при производстве горно-вскрышных работ в нетиповых условиях при строительстве и реконструкции разрезов / , и др.; МУП СССР, НИИСУиГРП; МВиССО РСФСР, КузПИ. – Кемерово, 1989. – 167 с.
3. Альбом типовых технологических схем ведения горновскрышных работ при строительстве угольных разрезов для различных горно-геологических условий КАТЭКа и ЭТЭКа / , и др.; МУП СССР, КУЗНИИШАХТОСТРОЙ. – Кемерово, 1984. – 230 с.
