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 лопатаопределение зависимости размеров водоприемной траншеи от величины водопритоков и параметров экскаваторовобоснование 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 организацийгорно-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 отработкиполучением 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.

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.

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.