Селективно-слоевая технология разработки сложноструктурных крутых и наклонных залежей Кузбасса

СЕМИНАР 2

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98

И. Л. Гуменик, А. И. Панасенко,

НГАУ НГАУ

ОБОСНОВАНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ И РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ СХЕМАМ ДЛЯ СОЗДАНИЯ И ВНЕДРЕНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НА КАРЬЕРАХ УКРАИНЫ

Проблема рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды при добыче и переработке полезных ископаемых в Украине приобрела общегосударственное значение. Это вызвано тем, что состояние окружающей природной среды (ОПС) во всех горнопромышленных регионах характеризуется как кризисное. Причина заключается в высокой концентрации горных работ на ограниченной территории, а также в значительной степени отходности горного производства. В результате в ОПС стал нарушаться сбалансированный кругооборот вещества и, как следствие, появились зоны экологической напряженности. Это отрицательно воздействует на человека и его хозяйственную деятельность. Подобные процессы могут и должны быть заторможены и нейтрализованы. Для этого необходимо четко знать, что защищать, от чего защищать и как защищать.

Перспективным направлением обеспечения экологической безопасности освоения месторождений, нормативного качества ОПС является целенаправленное изменение исходной и создание новой устойчивой экосистемы на основе применения техники и технологии более высокого уровня экологичности и ресурсосбережения. Обоснованию и внедрению ресурсосберегающих технологий свойственны проблемы, общие для оценки систем разработки в целом; вместе с тем есть особенности, характерные исключительно для ресурсосберегающих технологий. Поэтому в рамках единых принципиальных и методических основ оценки техники и технологии производства

вскрышных и добычных работ в карьере должны быть учтены особенности свойственные только ресурсосберегающим технологиям.

Важность проблемы определяется, с одной стороны тем, что минеральное сырье является основным источником развития энергетики, промышленности, сельского хозяйства, эффективность которых зависит от обеспечения ресурсами, а с другой стороны, ограниченностью запасов минерального сырья и отрицательным воздействием горных работ на окружающую среду. При этом, необходимо отметить, что природопользование и ОПС - это не две самостоятельные формы взаимодействия горного производства и природы, а единая сложноподчиненная, взаимосвязанная задача управления природопользованием в процессе производства горных работ. Определяющим направлением исследований при этом должен быть баланс между развитием горного производства и состоянием ОПС. Речь идет не только об воздействии производства на ОПС, но и об обратном воздействии окружающей среды на производство, т. е. о взаимоздействии этих систем. В этом случае горное производство не всегда рассматривается как вредное или неблагоприятное для ОПС, но и как полезное для ее улучшения или совершенствования. Эти исследования базируются на приоритетной оценке горных пород различного минералогического состава, изучении условий залегания минеральных образований, их качества, параметров технологии, сроков формирования и состояния выработанного пространства, обеспечивающих пере-

вод потенциальных ресурсов в реальные, либо создание новых ресурсов недр в виде выработанного пространства, водоемов, рекультивированных земель, техногенных месторождений.

На основании выполненных исследований установлены основные научно-технические принципы формирования и процедуры выбора технологических схем для создания и внедрения ресурсосберегающих технологий на карьерах Украины, которые заключаются в следующем:

♦ значительное сокращение выхода отходов в процессах вскрытия, подготовки и эксплуатации запасов на основе создания и внедрения принципиально новых и совершенствования существующих технологических процессов добычи и переработки минерального сырья. Учитывая, что объемы попутной добычи на карьерах Украины, как правило, значительно превышают возможные объемы потребления, выбор технологических схем необходимо производить с учетом качественных характеристик ППИ. При этом следует стремиться к тому, чтобы селективная выемка ППИ не оказывала негативного влияния на технологию производства добычных работ в карьере. Для решения этих вопросов установленны зависимости и закономерности влияния селективной разработки на эффективность эксплуатации различного горнотранспортного оборудования и определены рациональные области его использования при разработке технологических схем селективной выемки ППИ для конкретных горногеологических условий месторождений Украины;

♦ утилизация отходов в смежных и сопутствующих процессах горного производства и других отраслях промышленности. Этому должны предшествовать маркетинговые и конъюктурные исследования рынка минерального сырья региона;

♦ целенаправленное формирование техногенных месторождений (ТМ), основанное на предложенных новых способах складирования нескольких разновидностей ППИ, позволяющих обеспечить экологическую безопасность и сохранить или улучшить их технологические и промышленные свойства, а также создать простую и

эффективную технологию выемки заскладированных ППИ;

♦ освоение техногенных объектов с учетом эффективного проведения горнотехнической рекультивации и обеспечения экологической безопасности в районе разработки. Применение специальных технологических приемов, позволяющих производить выемку нижележащих ППИ из двух и трех компонентных ТМ без привлечения дополнительного оборудования;

♦ изоляция оставшейся части отходов от ОПС путем их захоронения и рекультивации техногенных формирований с целью создания новых ресурсов недр в виде выра-

ботанного пространства для организации рыбного хозяйства, рекреационных зон, сельскохозяйственных комплексов и других объектов;

♦ восстановление нарушенных земель с учетом результатов эко-лого-экономического картирования территории. При этом обоснование и выбор технологии производства горных работ должны осуществляться с учетом биологического обследования территории, а при обнаружении редких или исчезающих видов растительности

- предусматривать трансплантацию очагов их произрастания на соответствующие участки восстановленных земель.

© И. Л. Гуменик, А. И. Панасенко

А. И. Панасенко,

НГАУ

КОМПЬЮТЕРНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНО-БЕЗОТХОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

В условиях напряженной экологической обстановки в Украине дальнейшая перспектива открытых горных работ в существенной мере зависит от уровня экологичности и ресурсосбережения применяемых на карьерах техники и технологии.

Это предъявляет дополнительные требования к изучению месторождений и точности выявления целого ряда показателей, характеризующих залежи не только основного, но и попутных полезных ископаемых (ППИ). При этом важно установить пространственные закономерности размещения этих показателей в контурах карьерного поля. Этому предшествуют дополнительные исследования по установлению технологических свойств и других характеристик ППИ, как сырья для производства строительных и других материалов.

Теоретические исследования, а также опыт проектирования и эксплуатации карьеров свидетельствует о том, что для одного и того

же карьера с течением времени и в связи с пространственным изменением положения горных работ эффективными могут быть различные технологические схемы. С другой стороны в одни и те же периоды времени для различных участков работ (добычных, вскрышных, новых уступов - участков по добыче ППИ и др.) эффективными могут быть разные способы выемки и транспортирования горной массы. Поэтому, рассматривая вначале частные технические решения, необходимо в последствии формировать технологические схемы и общую технологию производства вскрышных и добычных работ с учетом динамики развития карьерного пространства, породных отвалов и других объектов.

Кроме того, при проектировании новых и реконструкции действующих карьеров для любого класса горнотехнических условий возникает значительное количество допустимых вариантов техно-

логических схем, а методов, позволяющих в одной модели оценивать качество большого числа вариантов, нет. Принимаемые к проектным проработкам варианты, как правило, формируются специалистами-экспертами. При этом число возможных вариантов очень велико и проанализировать все из них практически невозможно. Кроме того, мнения экспертов могут значительно расходиться. Это еще более увеличивает вероятность того, что на первом этапе проектирования может быть отброшен оптимальный вариант.

Акцент на рациональное ресурсосбережение и природопользование предъявляет дополнительные требования к качеству проектирования технологических схем производства вскрышных и добычных работ.

Обобщая изложенное следует отметить, что:

♦ одна из проблем принятия решений заключается в необходимости учета большого числа факторов;

♦ вторая связана с высокой степенью неопределенности обусловленной недостаточным уровнем информации;

♦ третья усугубляется тем, что для каждого технологического звена имеется несколько альтернативных решений, обеспечивающих выполнение требований, предъявляемых к современным технологиям.

Поэтому выбор эффективного варианта комплексно-безотходных технологий и установление конкурентоспособности горнотранспортного оборудования необходимо рассматривать как многокритериальную задачу принятия решения на основе имитационного моделирования с использованием компьютеров.

Принципиальная схема модели представлена на рис.1.

ли) показатели. Основным требованием, которому должны соответствовать эти технологии, является возможность селективной выемки и раздельного складирования ППИ с установлением сроков формирования, состояния выработанного пространства с целью создания новых ресурсов недр.

Моделирование технологии селективной выемки ППИ предполагает построение алгоритма разделения общего потока разрабатываемой горной массы (входной поток) на группу раздельных потоков, направляемых на переработку или раздельное складирование (выходные потоки). В качестве входного потока рассматриваются вовлекаемые в разработку породы вскрыши (И). Поток (И) разделяется на три: 1 - ППИ (Или), для которых установлены потребители и текущие объемы потребления; 2

В качестве критериев оценки приняты нормативные, технические (тип и параметры горнотранспортного оборудования, его металлоемкость, энергоемкость и надежность), технологические (система разработки и ее параметры), экологические (экологичность, ресурсоемкость) и экономические (себестоимость, чистый дисконтированный доход или величина внутренней нормы прибы-

- потенциально пригодные ППИ (Ипп) - попутно извлекаемые горные породы, отвечающие требованиям государственных стандартов на минеральное сырье для производства соответствующих видов продукции. Однако в настоящее время на них нет потребителей; 3 -породы вскрыши (Ив), ”пустые” породы не представляющие интереса для промышленности.

Кортеж, объединяющий все три подгруппы пород, представляет собой шаблон селективной разработки

Р=

При этом одна и та же порода не может присутствовать в нескольких подгруппах. Это условие формирования шаблона может быть задано кредикантом Q=

Распределение пород по группам пород выполняется на основе данных о качественных характеристиках, соответствии показателей качества требованиям госстандартов на соответствующие виды сырья для производства строительных и других материалов, а также конъюнктуры спроса.

Конъюнктура спроса описывается вектором объемов предельного спроса К=(q1), где 1 - индекс типов пород; q1 - объем спроса на данный тип породы в течении некоторого периода времени.

Шаблон селективности строится на основании конъюнктуры спроса в соответствии со следующими условиями (для г е И):

qi > 0(ri е Г*п и)’

Р

qi ~ 0(ri е ^п п)’

< 0(г, е Яв).

Каждой группе пород соответствует класс выходных потоков. Попутные полезные ископаемые направляются на переработку и (в случае превышения добычи над спросом) на раздельное складирование; потенциально полезные ППИ - на создание ТМ и породы вскрыши - на отвалообразование.

Выходной поток описывается вектором объемов пород, содержащихся в этом потоке SJ = (V1), }

- индекс потока, 1 - индекс типа породы. Описание всего множества выходных потоков представляет собой матрицу S = (Vlj). Класс выходных потоков описывается подмножеством индексов потоков, принадлежащих этому классу, С={|}.

Вычисление объемов матрицы выходных потоков выполняется следующим образом. Породы

вскрыши формируют один выходной поток отвалообразования. Потенциально полезные ППИ формируют группу выходных потоков переработки в объеме не превышающем объем спроса на данный тип породы. Часть ППИ, превышающая объем спроса направляется на формирование техногенных месторождений.

В качестве информационного обеспечения решения задачи используются результаты выполненных исследований по:

♦ разработке математической модели и пакета программ для создания компьютерной модели месторождения, отличающейся тем, что ее использование позволяет производить геометризацию месторождения и получать необходимую информацию, как по основному, так и по попутным полезным ископаемым;

♦ разработке метода и программного обеспечения выполнения горно-геометрического анализа карьерных полей, отличающейся от известных учетом многоплановой качественной и количест-

венной информации о залежах ППИ. Алгоритм состоит из трех основных частей. В первой части решаются статистические задачи по определению суммарных объемов вскрыши и полезного ископаемого, включая попутные. Во второй части решается пространственная задача распределения мощностей количественных показателей всех видов ППИ. Третья часть алгоритма предназначена для решения динамической задачи: расчета годовых подвиганий фронта горных работ, годовых объемов вскрыши и добычи и других показателей;

♦ разработке оперативной системы хранения и использования информации о технических характеристиках горнотранспортного оборудования, обеспечивающая принятие решений с помощью ПК на стадиях проектирования новых и реконструкции действующих карьеров;

♦ систематизации технологических схем селективной выемки ППИ по признакам, характеризующим их с позиции пространст-

венного размещения залежи ППИ в технологической толще, отрабатываемой по транспортной, транспортно-отвальной и бестранспортной схемам разработки, технологическим особенностям подготовки ППИ к выемке, особенностями селективной выемки и средств механизации в забое;

♦ выявлению зависимостей изменения качественных показателей извлечения ППИ от применяемых средств механизации в забое, позволяющие определить эффективность выемочно-погрузочного оборудования в конкретных горно-технических условиях. Анализ зависимостей позволяет установить, что использование традиционного оборудования при выемке ППИ из пластов менее 2-3м приводит к повышенным потерям минерального сырья и не обеспечивает требуемых качественных показателей. В результате снижается конкурентоспособность ППИ на рынке сырья и ограничивается область их использования.

© А. И. Панасенко

А.И. Корякин, д.т.н., И.И. Цепилов, к.т.н.,

КГТУ КГТУ

СЕЛЕКТИВНО-СЛОЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ КРУТЫХ И НАКЛОННЫХ ЗАЛЕЖЕЙ КУЗБАССА

Традиционная технология открытой разработки угольных месторождений Кузбасса, удовлетворяющая условиям простых горизонтальных и пологих залежей, при ее применении на сложноструктурных и крутых наклонных залежах угля приводит к снижению эффективности открытой угледобычи.

Ориентация вскрытия месторождения на основные мощные угольные пласты сопряжена с вероятностным характером попадания остальных угольных пластов свиты в экскаваторную заходку и,

как следствие этого, значительно усложняет их извлечение.

Изыскания технологии, учитывающей особенности отработки сложноструктурных залежей угля привели к идее разработки таких месторождений горизонтальными слоями небольшой мощности (0,5 - 1 м).

Возможность такой технологии наиболее полно реализуется при использовании выемочных машин, способных эффективно вести отработку породоугольного массива без применения буровзрывных работ.

Анализ способов безвзрывного разрушения горных пород позволил установить, что наиболее эффективным является способ импульсного динамического воздействия. Этот способ может быть реализован на базе пневмогидравличе-ских, гидравлических и импульсных ударников. Безвзрывное разрушение возможно также с помощью фрезерных и роторных машин с повышенным усилием резания.

Кузнецким филиалом НИИОГР предложена конструкция выемочной машины, способной осуществлять безвзрывную разработку породоугольного массива во всем

диапазоне прочностных свойств пород месторождений Кузбасса.

Машина защищена авторским свидетельством N 586687 (СССР) в 1977 году. (опубликованию не подлежит).

На разрезах Кузбасса проведены экспериментальные исследования по обоснованию основных параметров новой машины.

Сущность селективно-слоевой технологии заключается в следующем.

Выемочная машина разрабатывает породоугольный массив горизонтальными слоями мощностью до 1 м вкрест простирания угольных пластов. При этом на забойном конвейере образуется поток, состоящий из участков угля и породы, соответствующий горизонтальной мощности пластов угля и породных прослоев.

На выходе с забойного конвейера осуществляется разделение породоугольного потока на уголь и породу с помощью разделителя.

Конструкция разделителя защищена авторским свидетельством на изобретение N 589042 (СССР) в 1978 году.

Конструкция выемочной машины в комплексе с разделителем грузопотока и конвейером позволяет реализовать поточную технологию открытой угледобычи с селективным формированием угольного и породного грузопотоков.

Формирование грузопотоков осуществляется в следующей последовательности. Сложноструктурное месторождение в общем виде может быть представлено следующими компонентами, полученными в процессе ведения горных работ:

♦ вскрышными породами;

♦ полезным ископаемым (углем) с разделением по марочному составу.

Перемещение указанных компонентов в процессе ведения горных работ осуществляется в виде элементарных грузопотоков. Количество грузопотоков определяется сложностью разрабатываемого породоугольного массива. Элементарные породные и угольные грузопотоки от выемочной маши-

ны идут по забойному и далее к магистральным сборочным конвейерам. При подходе грузопотоков к сборочным конвейерам происходит разделение породоугольного грузопотока на его составляющие. Породная составляющая всех элементарных грузопотоков объединяется в один грузопоток, реализуемый с помощью сборочного породного конвейера. Далее порода транспортируется в отвал.

Угольные компоненты грузопотоков первоначально делятся на элементарные грузопотоки по марочному составу и направляются в промежуточные бункера - накопители, откуда питателями в определенной последовательности перегружаются на сборочный угольный конвейер. В результате этого создается угольный грузопоток, состоящий из участков угля различного марочного состава. На поверхности у сортировочного комплекса угольный грузопоток вновь расходится на элементарные грузопотоки по маркам угля и следует в бункера-накопители с последующей подачей, в случае на-обходимости, на сортировку или обогащение.

После переработки угольный грузопоток опять делится на элементарные потоки по сортомар-кам. При отработке сложноструктурных угольных залежей весьма важным фактором в хозяйственной деятельности карьера является прогнозирование структуры грузопотоков угля при отработке свиты угольных пластов с различным марочным составом угля.

Как известно, угленосная толща разрабатываемых месторождений Кузбасса характеризуется обилием угольных пластов различного марочного состава, мощности и вероятностного характера залегания в свите. В этих условиях одной из важнейших задач является планирование структуры добычи угля в течение заданного промежутка времени (час, смена, сутки и т.д.).

Задача планирования структуры угольного грузопотока, состоящего из углей различных ма-

рок, сводится к задачам, решаемым с помощью теории массового обслуживания.

В данном случае угольные пласты интерпретируются как объекты обслуживания, выемочные агрегаты - средства обслуживания.

Применительно к слоевой отработке свиты угольных пластов поперечными проходами выемочных машин задача может быть представлена следующим образом.

В пределах карьерного поля по его ширине заключены угольные пласты различного марочного состава случайным образом с Пуас-соновским законом распределения. Выемочный агрегат, двигаясь поперек свиты, пересекает угольные пласты, осуществляя их выемку. Причем, количество пересечений пластов в единицу времени (час, смену) зависит от скорости перемещения выемочного агрегата (при определенной структуре породоугольного массива).

Для конкретного месторождения устанавливается плотность распределения пересечений пластов угля различного марочного состава выемочным агрегатом, перемещающимся с известной скоростью.

Определив количество пересечений пластов за единицу времени (математическое ожидание), устанавливается величина грузопотоков по выражению G гр = 0,5N п Мп Вз Ь: уу , где № - математическое ожидание количества пересечений агрегатом контуров пластов (уголь-порода) в единицу времени; Мп -математическое ожидание мощности угольного пласта, м; Вз - ширина захвата рабочего органа, м;

Ь: - мощность снимаемого слоя уг-

, 3

ля, м; уу - плотность угля, т / м .

Поток требований на обслуживание является простейшим, т.е. является стационарным, ординарным и без последствий. Поэтому, зная его параметры X - математическое ожидание числа требований, поступающих в систему в единицу времени, поток можно полностью описать количественно

с помощью системы функций Пуассона, т.е.

(X t ) *

к

где К = ( 0, 1, 2 ......); Ик © -

вероятность того, что в течение времени 0 - t в систему поступит точно “К” требований на обслуживание ; X - параметр потока -

среднее число требований, поступающих в систему в единицу времени (число пересечений уголь-порода).

По данному выражению определяется вероятность добычи за единицу времени планового объема угля. Для этого определяется нормируемое количество пересечений агрегатом контактов “уголь

- порода”.

X = №л = 2Qпл /(М Вз Ь: у у),

где Qпл - плановый объем угля за единицу времени в расчете на один выемочный агрегат.

Реализация предлагаемой технологии позволит снизить потери угля в маломощных пластах в 2-4 раза с разделением угольного грузопотока по качественным признакам и повысить эффективность открытого способа разработки сложноструктурных месторождений Кузбасса.

© А.И. Корякин, И.И. Цепилов

В.Ф. Колесников, доц., к.т.н.,

КГТУ

ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ СХЕМ ВСКРЫТИЯ РАЗРЕЗОВ КУЗБАССА

Разрезы Кузбасса, горные работы которых рассредоточены по всей его территории, разрабатывают угольные месторождения горизонтального, пологого, наклонного и крутого падения.

Пятидесятилетний опыт открытой угледобычи бассейна накопил большое разнообразие технологических решений для условий нагорных и глубинных горизонтов, мягких и скальных пород, без-угольных и угленасыщенных зон разрезов. В этих решениях значительное внимание уделено вопросам вскрытия, которые играют важную роль в деятельности горных предприятий.

В то же время анализ решений по вскрытию разрезов показывает, что выбор варианта, как правило, основывается на рассмотрении одного какого-нибудь признака.

Так, в ряде случаев вскрытие разрезов связывали с выбором такого места заложения внешних траншей, которое обеспечивает минимальные объемы горнопроходческих работ и быструю сдачу в эксплуатацию предприятия (разрезы “Новосергеевский”, “Бачат-ский”, “Киселевский”, “Черниговский”).

Другие решения предусматривали обеспечение всех грузопото-

ков вскрыши одним видом транспорта (разрезы “Томусинский”, “Красногорский”, “Междуречен-ский”).

Рассматривались вопросы стационарности внутренних траншей при разработке наклонных и крутопадающих пластов (разрезы “Бачатский”, “Новосергеевский”), возможности применения комбинированного автомобильно-

конвейерного транспорта и ряд других признаков вскрытия.

Практика эксплуатации разрезов Кузбасса показала немало примеров несоответствия принятых вариантов вскрытия условиям ведения открытых горных работ, что препятствовало их развитию как по падению пластов, так и по простиранию, предопределило необходимость реконструкции горнотранспортных разделов проектов.

В проектах реконструкции пересматривались вопросы вскрытия, однако опять во внимание принимался какой-нибудь один из признаков, наиболее значимый для данного момента .

Научные исследования доказывают, что объективность принятого варианта вскрытия может быть обоснована только путем изучения многосторонности признаков этого вопроса.

Для выделения основных признаков нами проанализированы многие известные в настоящее время классификации способов вскрытия (табл. 1).

Как видно из табл. 1, авторы предлагаемых классификаций стремятся отразить всю многоплановость вопроса в одном понятии -способе вскрытия. Только у акад. Мельникова Н.В. рассматривается взаимозависимость понятий схемы и способа вскрытия, однако и здесь нет положений, что лежат в основе каждого из них. Рассмотренные классификации характеризуются громоздкостью и в них теряется смысл самого способа.

Считаем, что проектирование вскрытия рабочих горизонтов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых должно основываться на базовых вариантах применительно к рассматриваемым условиям ведения горных работ.

Для установления базовых вариантов вскрытия необходимо принять, что является объектом исследования: способ или схема.

Данные табл. 1 показывают, что наиболее учитываемым признаком вскрытия является наличие, вид и наклон вскрывающих выработок, который отвечает главному вопросу способа вскрытия: чем оно

осуществляется. Все остальные признаки характеризуют пространственное положение вскрывающих систем и отвечают главному вопросу схемы вскрытия: как оно осуществляется.

Из этого следует, что способ вскрытия - это способствование перемещению груза рабочих горизонтов, которое может осуществляться открытыми или подземными горными выработками, выемочным оборудованием, специальными транспортными конструкциями и инженерными сооружениями. Данное определение позволяет сделать следующие обобщения.

Открытая разработка месторождений полезных ископаемых характеризуется большими объемами перемещений горной массы, которые создают грузопотоки рабочих горизонтов и карьера в целом.

Вскрышные породы и полезное ископаемое перемещаются от забоев до места их приема ( на поверхность или внутри карьера) с помощью выемочного оборудования или какого-либо вида транспорта.

С помощью выемочного оборудования (ЭШ, ЭВГ) перемещаются вскрышные породы в выработанное пространство при бестранспортной технологии, перева-ливыаются горные массы с одного горизонта на другой (выше- или нижележащий), выдается полезное ископаемое на поверхность (драглайном при системе “экскаватор-карьер” или башенным экскаватором). Во всех подобно сформированных бестранспортных грузопотоках перемещение горной массы обеспечивается без проведения горных выработок и без создания специальных конструкций и сооружений.

Транспортное перемещение горной массы на открытых горных работах предусматривает применение как основных (железнодорожного, автомобильного, конвейерного), так и специальных (гидравлического, пневматического, воздушного, с помощью взрыва) видов транспорта.

Для перемещения грузов колесными видами транспорта

Таблица 2

Классификация способов вскрытия

Способ вскрытия Сущность способа вскрытия

Траншейный Вскрытие системой горизонтальных, наклонных крутых траншей и полутраншей

Шахтный Вскрытие системой горизонтальных, наклонных, вертикальных подземных горных выработок

Специальный Вскрытие системой горного оборудования, транспортных конструкций, насыпей, путепроводов

Комбинированный Вскрытие комбинацией траншейного и специального; траншейного и шахтного; шахтного и специального; специального, траншейного и шахтного способов

(локомотивосоставами и автосамосвалами) необходимо, как правило, проходить горные выработки, которые должны связать горизонты карьера с разными отметками и обеспечить требуемые грузопотоки. Эти выработки могут быть открытыми и подземными, пройденными горизонтально или наклонно с подъемом (уклоном), величина которого не должна превышать руководящего значения для соответствующего вида транспорта.

Перемещение горной массы конвейерным видом транспорта осуществляется с помощью конвейерных ставов, ленточных от-валообразователей, транспортноотвальных мостов.

Ленточные отвалообразова-тели и транспортно-отвальные мосты применяются для перемещения вскрышных пород от забойного экскаватора до места их размещения на внутренних отвалах выработанного пространства при разработке горизонтальных залежей. В данном случае создаются специальные конструкции механизмов, которые обеспечивают требуемый грузопоток. Ставы конвейеров применяют для транспортировки как вскрышных пород, так и полезного ископаемого.

При перемещении вскрышных пород конвейерным ставом во внутренние отвалы отметки отвальных ярусов могут совпадать с отметками вскрышных горизонтов. В этом случае кон

вейеры размещаются на горизонтальных площадках. При различных отметках размещения забойных вскрышных экскаваторов и ярусов внутренних отвалов, а также при транспортировке конвейерными ставами горной массы на поверхность необходимо проходить открытые или подземные горные выработки, которые обеспечат заданный грузопоток.

При перемещении горной массы специальными видами транспорта грузопотоки обеспечиваются либо проведение горных выработок (гидравлический, пневматический), либо без их проведения (воздушный, с помощью взрыва).

Таким образом, перемещение груза от рабочих горизонтов к месту их приема на поверхности или внутри карьера, что является целью вскрытия, осуществляется с помощью горных выработок или без нее, то есть различными способами решения этой цели.

Способы вскрытия предлагается представить в виде следующей классификации (табл. 2).

Данная классификация показывает, что каждый из способов представляет собой вскрывающую систему, в которой работа грузопотоков обеспечивается открытыми или подземными горными выработками, выемочным оборудованием или специальными конструкциями, инженерными сооружениями или насыпями.

Накопленный опыт проектных решений и практической деятельности открытых горных предприятий показывает, что в процессе их эксплуатации и развития горных работ наблюдается интенсивное развитие грузопотоков, а, следовательно, и изменение пространственного положения вскрывающих систем.

Положение вскрывающих систем меняется: при изменении размеров разрабатываемого карьерного поля, параметров грузопотоков по полезному ископаемому и вскрыше; применяемой системы разработки; рельефа поверхности и видов транспорта.

Анализ работы разрезов Кузбасса выдвинул в числе определяющих факторов вскрытия такие, как угол падения пластов и направленность грузопотоков, угленасыщенность массива и потери угля, нарушенность земной поверхности, периоды эксплуатации разреза.

Все эти факторы оказывают прямое влияние на пространственное положение вскрывающей системы, которое представляет собой схему вскрытия, отвечающую на вопрос, как оно осуществляется. Именно схемы вскрытия того или иного способа должны быть объектом расчета для выбора рационального варианта.

Нами предлагается систематизация факторов, определяющих схему вскрытия разрезов Кузбасса (табл. 3).

Представленные в табл.3 факторы разделены на технические, природные, экологические и экономические.

Обобщающими являются экономические факторы, которые учитывают влияние технических, природных и экологических, а также различных признаков схем вскрытия и показывают эффективность рассматриваемого варианта.

Общие экономические показатели развития различных вариантов вскрытия за выбранный период времени эксплуатации

Факторы, определяющие схему вскрытия

Таблица 3

Факторы Форма проявления факторов

I ТЕХНИЧЕСКИЕ

Способы вскрытия траншейный, шахтный, специальный, комбинированный

Системы разработки продольная, поперечная

Параметры разреза длина, глубина, производственная мощность, коэффициент вскрыши

Период эксплуатации разреза сдача в эксплуатацию, освоение проектной мощности, максимальное развитие работ

Направление грузопотоков за пределы разреза, в выработанное пространство разреза

Перемещение грузов локомотивосоставами, автосамосвалами, конвейерами, скипами, экскаваторами, транспортными конструкциями, по трубопроводам, под действием собственного веса

2 ПРИРОДНЫЕ

Рельеф поверхности равнинный, гористый

Падение пластов горизонтальное, пологое, наклонное, крутое

Структура массива безугольная, угленасыщенная

3 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ

Потери угля в процессе извлечения пласта экскаватором, при пересечении пластов вскрывающей системой, при консервации запасов в целиках под вскрывающие системы

Нарушенность земной поверхности при проходке внешних траншей, при отгоне нерабочего борта разреза для размещения внутренних стационарных траншей

4 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

Общие дисконтированные затраты экономическая оценка динамики развития схемы вскрытия в течение интересуемого периода времени работы разреза

Г одовые дисконтированные затраты экономическая оценка схемы вскрытия в конкретный год эксплуатации разреза

разреза позволяют установить области применения тех или иных базовых схем для конкретных условий.

Годовые экономические показатели дают возможность выбрать по минимуму рациональную схему вскрытия для конкретного года эксплуатации разреза.

Выводы

1. Направленность и производительность грузопотоков разреза обеспечивается вскрытием, которое характеризуется способами и схемами.

Способ вскрытия - это способствование перемещению грузов рабочих горизонтов с помощью систем горных выработок, конструкция и сооружений. Предлагается классифи-кацияи способов, которые являются одним из технических факторов схемы вскрытия (табл.2).

Схема вскрытия - это пространственное положение грузопотоков и вскрывающих систем одного или нескольких способов вскрытия в конкретный период эксплуатации разреза.

Схема вскрытия зависит от ряда факторов технического,

природного, экологического и экономического характера, систематизация которых предлагается (табл.3).

2. Объектом исследования для выбора рационального варианта является схема вскрытия, которая включает в себя параметры вскрывающей системы одного или нескольких способов.

Экономическая оценка параметров схемы вскрытия дает возможность выявить ее эффективность либо в течение интересуемого периода, либо в конкретный год эксплуатации разреза.

© В.Ф. Колесников