Классификация технологических комплексов открытых горных работ

- © Б.Р. Ракишев, 2014

УДК 622.271.3

Б.Р. Ракишев

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Дано определение технологических комплексов открытых горных работ. Проведена их классификация. Определены технологические комплексы, сопровождающие цикличную, циклично-поточную и поточную технологии горных работ. Приведены примеры их внедрения на карьерах Казахстана и Узбекистана. Обоснована конкурентоспособность трехкомпонентных технологических комплексов в глубоких карьерах.

Ключевые слова: технологические комплексы; однокомпонентные, двухкомпонентные и трехкомпонентные комплексы; цикличная, циклично-поточная, поточная технология.

Под технологией разработки полезных ископаемых понимается совокупность способов и приемов механизированного осуществления взаимосвязанных процессов горных работ с целью извлечения из недр Земли минерального сырья требуемого объема и заданного качества. Технология вскрышных и добычных работ представляет собой совокупность способов и приемов выемки, погрузки и перемещения вскрышных пород и полезного ископаемого из карьера к пункту назначения. Они являются главным элементом технологии открытой разработки полезных ископаемых, ответственным за конечный результат — отгрузку потребителю продукции требуемого объема и заданного качества. Этот результат обеспечивается выбранной технологией вскрышных и добычных работ совместно со средствами их механизации.

Совокупность технологий выемочно-погрузочных и транспортных горных работ и технических средств их реализации в соответствии с идеей акад. В.В. Ржевского может быть названа технологическим комплексом открытых горных работ [1]. Структура технологического комплекса (ТК) открытых горных работ (ОГР) приведена на рис. 1.

Если технологии выемочно-погрузочных и транспортных работ предопределяются горно-геологическими условиями залегания по-

297

Рис. 1. Структура технологического комплекса ОГР

лезных ископаемых и характером перемещения горных выработок в карьерном поле, то средства механизации призваны обеспечить производительное и качественное выполнение этих работ. Для этого требуется высокая производительность средств механизации в каждом технологическом процессе, их надежность в работе и долговечность в эксплуатации. Обоснованный подбор технических средств механизации основных процессов, соответствующих друг другу по производительности, размерам, а также параметрам подсистем разработки гарантирует стабильное, надежное функционирование технологического комплекса открытых горных работ [1-3].

Четыре элемента ТК ОГР объединяясь попарно по выполняемым функциям, образуют два компонента комплекса: выемочно-погру-зочный и транспортный (см. рис. 1).

В выемочно-погрузочном компоненте в качестве средств механизации используются как машины цикличного действия (ПМ ЦД): гидравлические экскаваторы, мехлопаты, драглайны, скрепера, бульдозеры, одноковшовые погрузчики, так и машины непрерывного действия (ПМ НД): роторные и цепные экскаваторы, фрезерные машины, средства гидромеханизации — гидромониторы, плавучие землесосные снаряды, драги и т.д.

В транспортном компоненте в качестве средств механизации используются машины цикличного транспорта (ТМ ЦД): железнодорожный, автомобильный транспорт; дизель-троллейвозы и троллейвозы, подъемные устройства и машины непрерывного действия (ТМ НД): конвейера, консольные ленты; транспортно-отвальные мосты; средства гравитационного и гидравлического транспорта и канатно-подвесные дороги.

По числу составляющих компонентов технологические комплексы открытых горных работ могут быть подразделены на однокомпонент-ные, двухкомпонентные и трехкомпонентные. Они могут быть име-

298

новаться названием участвующих в процессах (компонентах) машин, например, экскаваторным комплексом, экскаваторно-конвейерным комплексом и т.д. (см. рис. 2).

К однокомпонентным могут быть отнесены: экскаваторный, бульдозерный, скреперный, дражный, гидромеханизированный технологические комплексы. В этих ТК выемка и перемещение горной массы осуществляется единой машиной. Мощные вскрышные мехлопаты и драглайны перемещают вскрышные породы в выработанные пространство, бульдозеры и скреперы доставляют их до места назначения. Дражный и гидромеханизированный комплексы также объединяют названные процессы.

К двухкомпонентным могут быть отнесены: экскаваторно-желез-нодорожный, экскаваторно-автомобильный, экскаваторно-конвей-ерный, экскаваторно-консольный, экскаваторно-отвально-мостовой технологические комплексы. В этих ТК выемка и погрузка горной массы производится одной машиной — экскаватором (одноковшовым, роторным, цепным), а ее транспортировка осуществляется другой машиной (различным видом транспорта).

К трехкомпонентным могут быть отнесены: экскаваторно-авто-мобильно-железнодорожный, экскаваторно-автомобильно-конвей-ерный, экскаваторно-автомобильно-скиповой, экскаваторно-ав-томобильно-клетьевой, экскаваторно-разнотипно-автомобильный технологические комплексы. В этих ТК выемка и погрузка горной массы производится одной машиной (экскаватором), а ее транспор-

Рис. 2. Классификация ТК ОГР

299

тировка осуществляется двумя видами транспорта через бункера-питатели или перегрузочный пункт (склад).

В карьере одновременно может функционировать несколько ТК. По виду добываемой горной массы они подразделяются на ТК вскрышных и добычных работ.

Технологические комплексы в зависимости от содержания составляющих компонентов различны по структуре. При одинаковой выемочно-погрузочной составляющей транспортный компонент может быть различным. Технологические комплексы вскрышных и добычных работ неадекватны при разработке угольных месторождений, практически не отличаются друг от друга при разработке скальных рудных месторождений. Они могут быть идентичными и при различных системах разработки.

I. При сплошной системе разработки нашли широкое применение следующие технологические комплексы (рис. 3):

1. Экскаваторные технологические комплексы вскрышных работ с перевалкой вскрышных пород в выработанное пространство (рис. 3, а, б).

2. Экскаваторно-консольный технологический комплекс вскрышных работ (рис. 3, в).

3. Экскаваторно-отвально-моставой технологический комплекс вскрышных работ (рис. 3, г).

4. Экскаваторно-конвейерные технологические комплексы вскрышных работ (рис. 3, д).

5. Экскаваторно-железнодорожные технологические комплексы вскрышных работ (рис. 3, е).

6. Экскаваторно-автомобильные технологические комплексы вскрышных работ (рис. 3, ж).

7. Комбинированные технологические комплексы вскрышных работ (рис. 3, з).

8. Дражные технологические комплексы горных работ.

9. Гидромеханизированные технологические комплексы горных работ.

10. Скреперные технологические комплексы горных работ.

11. Бульдозерные технологические комплексы горных работ.

12. Технологические комплексы добычи строительных горных пород.

II. При углубочной системе разработки применяются следующие технологические комплексы:

300

ом

жд_ „___

Рис. 3. Технологические комплексы вскрышных работ при сплошной системе разработки полезных ископаемых

1. Экскаваторно-железнодорожные технологические комплексы вскрышных и добычных работ (рис. 4, а).

2. Экскаваторно-автомобильные технологические комплексы вскрышных и добычных работ (рис. 4, б).

3. Экскаваторно-конвейерные технологические комплексы вскрышных и добычных работ (рис. 4, в).

4. Экскаваторно-разнотранспортные технологические комплексы вскрышных и добычных работ (рис. 4, г).

5. Экскаваторно-автомобильно-скиповые технологические комплексы вскрышных и добычных работ (рис. 4, д).

6. Технологические комплексы горных работ при комбинированной системе разработки (рис. 4, е).

Технологические комплексы являются составной частью технологии горных работ. По характеру выемки и перемещения пород

301

Рис. 4. Технологические комплексы вскрышных и добычных работ при углубочной системе разработки полезных ископаемых

различают цикличную, циклично-поточную и поточную технологии горных (вскрышных и добычных) работ (рис.5).

При цикличной технологии как выемочно-погрузочные, так и транспортные работы осуществляются техникой цикличного действия (ПМ ЦД и ТМ ЦД). При циклично-поточной технологии выемочно-по-грузочные работы выполняются техникой цикличного действия (ПМ ЦД), а транспортные работы — техникой непрерывного действия (ТМ НД) или выемочно-погрузочные работы осуществляются техникой непрерывного действия (ПМ НД), а транспортные работы — техникой цикличного действия (ТМ ЦД). При поточной технологии как выемочно-погрузочные, так и транспортные работы выполняются техникой непрерывного действия (ПМ НД и ТМ НД).

Например, экскаваторно-железнодорожный и экскаваторно-автомобильный комплексы сопровождают цикличную технологию, экскаваторно-автомобильно-конвейерный комплекс — циклично-поточную технологию, а роторноэкскаваторно-конвейерный комплекс, 302

Рис. 5. Уровни технологий ОГР

включая консольные ленты и транспортно-отвальные мосты, — поточную технологию горных пород.

К наиболее высокому уровню способа производства относится поточная технология разработки полезного ископаемого и вскрышных пород. Следующий уровень производства представлен циклично-поточной технологией горных работ. Эта технология достаточно эффективна и более перспективна. Распространенной является цикличная технология горных работ [3].

Роторноэкскаваторно-конвейерный технологический комплекс добычных работ, реализующий поточную технологию разработки угля, впервые в странах СНГ внедрен на разрезе «Богатырь» в Казахстане. Уникальный по производственной мощности (годовая производитель 50 млн т) и технической оснащенности разрез является прообразом угледобывающего предприятия будущего [4].

Роторноэкскаваторно-конвейерный технологический комплекс добычных работ при наклонном падении угольных пластов успешно функционирует на разрезе «Восточный» Экибастузского бассейна. Выемка, транспортировка, усреднение и отгрузка угля производится комплексом в составе роторного экскаватора БН8(к)-2000, забойного и межуступного перегружателей, соединительного, подъемного и магистрального конвейеров, усреднительно-погрузочной машины и погрузочного пункта [4].

На этом разрезе внедрен также экскаваторно-автомобильно-конвейерный технологический комплекс вскрышных работ (ТК ВР), реализующий циклично-поточную технологию отработки вскрышных пород. Надежность ТК ВР обеспечивается применением двух экс-каваторно-автомобильных комплексов, размещенных по флангам разреза с общим дробильно-перегрузочным пунктом.

303

Экскаваторно-автомобильно-конвейерный технологический комплекс добычных работ (ТК ДР) внедрен и на карьере АО «Алтын-тауский ГОК» [5]. В комплексе дробильно-перегрузочная установка СЛ615 обеспечивает прием и дробление рядовой рудной массы, которая затем транспортируется конвейером на золотоизвлекатель-ную фабрику.

Циклично-поточные технологии предусмотрены также и проектами открытой разработки крупных медно-молибденовых месторождений Актогай и Бозшаколь, Качарского железорудного месторождения в Казахстане.

Уникальным является проект узбекских и украинских ученых и специалистов «Создание и внедрение циклично-поточного транспорта (ЦПТ) с крутонаклонным конвейером КНК-270 на карьере «Мурунтау» Навоийского горно-металлургического комбината Узбекистана [6].

В составе ЦПТ-руда: ДПП — дробильно-перегрузочный пункт; КНК-270 — крутонаклонный конвейер; ПСК — погрузочно-склад-ской комплекс; АСМОДУ — автоматизированная система мониторинга и оперативно-диспетчерского управления (см. рис. 6).

Разработанная конструкция крутонаклонного конвейера с прижимной лентой показала высокую работоспособность и надежность и обеспечивает устойчивый прием, подъем под углом 37 градусов на высоту 270 м и разгрузку дробленной скальной горной массы с производительностью более 3500 т/ч.

Трасса крутонаклонного конвейера расположена перпендикулярно бермам уступов под генеральным углом наклона борта карьера.

По мнению авторов [6] комплекс КНК-270 увеличит глубину разработки карьера до 950 м.

В настоящее время на средних и крупных карьерах успешно функционируют экскаваторно-разнотипно-автомобильные технологические комплексы, реализующие цикличную технологию. Как показывают исследования [5, 7], их конкурентоспособность может повысится при позонном использовании по глубине карьера. Например, в глубоких карьерах (Н = 480 м) с годовым объемом перевозок до 80 млн т целесообразно разделение карьерного пространства на две зоны по высоте. В верхней зоне высотой до 240 м необходимо использовать экскаваторы с вместимостью ковша 10-20 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 90-200 т, в нижней зоне высотой до

304

Полагая часть КНК-270

Рис. 6. Профиль поточного транспорта с КНК-270 Мурунтауского карьера

240 м — экскаваторы с вместимостью ковша 5-10 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 45-90 т.

В сверхглубоких карьерах (Н = 600 м) с годовым объемом перевозок до 100 млн т необходимо разделение карьерного пространства на три зоны по высоте. В верхней зоне высотой до 240 м целесообразно использовать экскаваторы с вместимостью ковша 20-32 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 200-320 т, в средней зоне высотой до 240 м — экскаваторы с вместимостью ковша 10-15 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 90-160 т, в нижней зоне карьера высотой до 120 м экскаваторы с вместимостью ковша 5-10 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 45-90 т.

Таким образом, трехкомпонентные технологические комплексы, сопровождающие как цикличную, так и циклично-поточную технологию разработки являются достаточно эффективными.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч. 2. — М.: Недра, 1985. — 549 с.

2. Справочник «Открытые горные работы». — М.: Горное бюро, 1994. — 590 с.

3. Ракишев Б.Р. Системы и технологии открытой разработки. — Алматы: НИЦ <^ылым», 2003. — 328 с.

4. Ракишев Б.Р., Молдабаев С.К. Ресурсосберегающие технологии на угольных разрезах. — Алматы: КазНТУ, 2012. — 348 с.

5. MahambetovD., RakishevB., SamenovG.K., Sladkowski A. Efficient using of automobile transport for the deep open-pit mines // Transport Problems. Poland: Katowice, 2013. — V. 8. — Issue 3. — P. 25-33.

6. Санакулов К.С., Шеметов П.А. Развитие циклично-поточной технологии на основе крутонаклонных конвейеров в глубоких карьерах // Горный журнал. — 2011. — № 8. — С. 34-37.

7. Яковлев В.Л., Тарасова П.И., Журавлев А.Г., ФуринВ.О., Ворошилов А.Г., Тарасов А.П., Февелев Е.В. Новый взгляд на карьерный автомобильный транспорт // Известия Вузов. Горный Журнал. — 2011. — № 6. — С. 97-107. M

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Ракишев Баян Ракишевич — академик НАН РК, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой открытых горных работ, Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева, г. Ал-маты, Казахстан, b.rakishev@mail.ru

306