Использование вибротехники в технологических процессах при освоении глубоких карьеров

УДК 622.271

С.Я. Левенсон, Л.И. Гендлина, А.В. Морозов

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИБРОТЕХНИКИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ПРИ ОСВОЕНИИ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ

Углубление горных работ влечет за собой рост объемов перемещаемых вскрышных пород. При этом возникает необходимость использования комбинации нескольких видов транспорта. Исследования ИГД СО РАН показали целесообразность применения в узлах перегрузки бункерных эстакад большой емкости с вибрационным выпуском, что подтверждено их промышленными испытаниями. Интенсифицировать вскрышные работы возможно за счет использования горнотранспортного оборудования повышенной мощности и грузоподъемности. Однако использование такого оборудования в ряде случаев ограничено из-за большой собственной массы. Обеспечить безопасные условия работы, как правило, не удается из-за низкой прочности и устойчивости отвального массива. Показано, что проблема может быть решена за счет удаления места разгрузки автосамосвала за границу призмы возможного обрушения, что достигается при использования в процессе отвалообразо-вания предложенного в ИГД СО РАН самоходного вибрационного отвалообразователя. Кроме того повысить безопасность ведения работ при отсыпке отвала можно путем уплотнения слагающих его пород вибрационным устройством для формирования устойчивого отвального массива. Использование вибрационного оборудования позволяет формировать более безопасные и эффективные транспортные системы при вскрытии глубоких горизонтов карьеров. Ключевые слова: глубокий карьер, комбинированный транспорт, перегрузочный пункт, бункер, вибропитатель, автомобильный отвал, безопасность, отвалообразователь, уплотнитель отвала.

На действующих карьерах большой глубины и производительности, обеспечивающих добычу от 60 до 90% общих объемов различных полезных ископаемых, возникает задача поддержания темпа углубления горных работ при обеспечении высокой экономичности разработки. Задача может быть решена за счет внедрения горнотранспортного оборудования повышенной мощности и грузоподъемности. Однако из-за быстрого роста объемов вскрыши наиболее узким местом становится ее

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 11. С. 249-256. © 2016. С.Я. Левенсон, Л.И. Гендлина, А.В. Морозов.

перевозка автомобильным транспортом, с помощью которого из карьеров вывозится до 90% горной массы.

К настоящему времени на большинстве карьеров России усложнились горно-технические условия ведения горных работ: возросли глубина и расстояние транспортирования горной массы и, как следствие, ухудшились экономические показатели работы предприятий.

С углублением горных работ становится целесообразным использование комбинации нескольких видов транспорта в единой транспортной сети карьера. Процесс транспортирования горной массы в этом случае осуществляется с применением перегрузочных пунктов.

Исследования ИГД СО РАН [1, 2, 3, 4] показали целесообразность использования в узлах перегрузки бункерных эстакад большой емкости с вибрационным выпуском. Это подтверждено результатами испытаний бункерных перегрузочных пунктов на разрезе им. Вахрушева в Кузбассе.

На рис. 1 представлена схема экспериментального бункерно-экскаваторного перегрузочного пункта, оборудованного вибропитателями «Волна-8» конструкции ИГД СО РАН.

Бункер 1 перегрузочного пункта образован подпорной стенкой 2 в виде металлического трубчатого каркаса, обшитого листовой сталью, и аккумулирующей воронкой 3, формирующейся при загрузке думпкаров в заполненном породой 4 пространстве за подпорной стенкой над рабочими органами вибропитате-

Рис. 1. Схема экспериментального бункерно-экскаваторного перегрузочного пункта

лей 5, уложенных на поддерживающую раму 6. Подпорная стенка имеет выпускные окна 7, через которые производится выпуск породы. Заполнение бункера породой осуществляется шагающим экскаватором-драглайном 8 (ЭШ10/60). Автосамосвалы 9 доставляют вскрышную породу в приемную яму 10. Фронт разгрузки приемной ямы рассчитан из условия безопасной работы автотранспорта и шагающего экскаватора. Маневрируют автосамосвалы на перегрузочной площадке 11. Приемная яма условно разбивается на две зоны: зону разгрузки автосамосвалов и зону работы экскаватора-драглайна.

Шагающий экскаватор-драглайн переэкскавирует породу из приемной ямы непосредственно в бункер эстакады, перемещая тем самым (вместо автотранспорта) породу на верхний горизонт, где должна располагаться площадка для разгрузки автосамосвалов в бункер. Порода из заполненной аккумулирующей воронки вибропитателями загружается в думпкары и вывозится на отвал железнодорожным транспортом.

На рис. 2 представлена схема бункерной эстакады, загрузка которой производится автосамосвалами с маневровой площадки, примыкающей к задней стенке бункера.

Бункерная эстакада состоит из секций 1, каждая из которых обеспечивает фронтальную загрузку думпкара 2 с одной стоянки. Сооружается бункерная эстакада в специально проводимой для этих целей выемке. Ее задняя стенка 3 примыкает непо-

Рис. 2. Схема бункерной эстакады

средственно к перегрузочной площадке 4. Роль боковых стенок выполняют откосы горной выемки, засыпанные защитным слоем породы 5. Передняя стенка 6 бункерной эстакады имеет выпускные окна 7, через которые производится выпуск породы. Днище бункера формируется из вибропитателей 8 («Вол-на-8»), уложенных на поддерживающую раму. Для предотвращения просыпания породы на железнодорожные пути выпускные окна оборудуются направляющими щитками 10 и гибкой завесой 11, выполненной из якорных цепей.

На рис. 3 показан фрагмент испытаний экспериментального бункерно-экскаваторного перегрузочного пункта, на рис. 4 — бункерная эстакада для перегрузки горной массы из автомобильного в железнодорожный транспорт на разрезе им. Вахру-шева в Кузбассе.

Промышленные испытания перегрузочных узлов показали, что бункерные эстакады, оборудованные вибропитателями, обеспечивают хорошее управление выпуском и высокую скорость загрузки думпкара с одной стоянки, а также подтвердили возможность их использования для других комбинаций транспорта.

Разработка месторождений полезных ископаемых глубокими и сверхглубокими карьерами возможна в том случае, если обеспечить увеличение угла откоса борта карьера за счет увеличения высоты и угла откоса уступа, уменьшения количества и ширины берм, а также увеличения продольного уклона транспортных съездов с формированием на нижних уступах концентрационных горизонтов [5]. При этом в зоне интенсивного углубления карьера должен использоваться автомобильный транспорт, способный работать на ограниченных по размеру рабочих площадках и преодолевать уклоны до 36% в груженом

Рис. 3. Экспериментальный бункер-но-экскаваторный перегрузочный пункт

Рис. 4. Бункерная эстакада для перегрузки горной массы из автомобильного в железнодорожный транспорт

состоянии — шарнирно-сочлененные и гусеничные автосамосвалы. Последующая перегрузка в магистральные карьерные автосамосвалы также требует создания на стыках технологических звеньев перегрузочных пунктов, наиболее приемлемые из которых — полустационарные бункерные эстакады с вибровыпуском [1].

В климатических условиях северных регионов России возможность повышения интенсивности отвальных работ за счет использования мощного оборудования (автосамосвалов и бульдозеров, имеющих значительную собственную массу) ограничена, так как прочность и устойчивость отвального массива, подверженного воздействию значительного количества осадков, сезонного промерзания и оттаивания, в большинстве случаев не позволяют обеспечить его безопасную эксплуатацию при формировании породных отвалов.

Для создания безопасных условий эксплуатации автосамосвалов грузоподъемностью 40 т на породных отвалах карьеров Кузбасса и Урала были успешно проведены испытания вибрационных отвалообразователей, оборудованных вибрационными транспортирующими устройствами ВТУ-6. Их конструктивная схема стала основой для создания самоходного гидрофициро-ванного вибрационного отвалообразователя, соответствующего грузоподъемности современных автосамосвалов и требованиям производства [6, 7, 8].

Отвалообразователь с помощью вибрационных транспортирующих устройств перегружает породу, доставленную автосамосвалами, под откос отвального яруса. При этом место разгрузки автосамосвала находится за призмой возможного обрушения.

В настоящее время изготовлен и испытан экспериментальный самоходный вибрационный отвалообразователь. Испытания подтвердили возможность создания отвалообразователей грузоподъемностью до 220...320 т.

Накопленный в ИГД СО РАН опыт исследования и разработки уплотняющих машин использован при создании инновационного оборудования для формирования устойчивого отвального массива [9], которое включает конструктивные элементы, оказывающие статическое и динамическое (вибрационное) воздействие на отвальные породы соответственно катками механизма передвижения и динамическими блоками с вибровозбудителями. При этом сыпучая среда, слагающая отвальный массив, уплотняется, увеличивая его прочность, а, следовательно, повышается устойчивость отвала.

Выводы

Результаты проводимых в ИГД СО РАН исследований показали, что принципиально новое оборудование для выпуска и перемещения горных пород с использованием вибротехники может стать основой новых эффективных и безопасных транспортных систем для вскрытия глубоких горизонтов карьеров.

Использование бункерных перегрузочных пунктов с вибровыпуском при комбинированных видах транспорта позволяет снизить стоимость транспортирования горной массы, а также частично приблизить цикличную технологию к поточной.

Использование вибротехники на породных автоотвалах дает возможность существенно повысить безопасность эксплуатации большегрузных автосамосвалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Молотилов С. Г., Васильев Е. И., Кортелев О. Б., Норри В. К., Ле-венсон С.Я., Гендлина Л.И., Тишков А.Я. Интенсификация погрузоч-но-транспортных работ на карьерах. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 208 с.

2. Тишков А. Я., Гендлина Л. И., Еременко Ю. И., Левенсон С. Я. Вибрационное воздействие на сыпучую среду при выпуске ее из емкости // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -2000. - № 1. - С. 55-60.

3. Гендлина Л. И., Еременко Ю. И., Куликова Е. Г., Левенсон С. Я. Совершенствование процесса вибрационного выпуска связных материалов из емкости // Горное оборудование и электромеханика. - 2006. -№ 7. - С. 42-45.

4. Левенсон С. Я., Гендлина Л. И., Глотова Т. Г., Алесик М. Ю., Морозов А. В. Энергосберегающие вибрационные устройства для выпуска связных материалов из емкостей на предприятиях горной промышленности // Горное оборудование и электромеханика. - 2010. - № 10. - С. 8-12.

5. Акишев А. Н., Зырянов И. В., Заровняев Б. Н., Шубин Г. В., Колга-нов В. Ф., Журавлев А. Г., Курилко А. С., Соколова М. Д. Формирование рабочей зоны глубоких кимберлитовых карьеров. - Новосибирск: Наука, 2015. - 204 с.

6. Левенсон С. Я., Гендлина Л. И., Еременко Ю. И., Морозов А. В., Протасов С.И., Голдобин В.А. Патент на ПМ 88004. МПК8 В 65 G 27/00. Вибрационный отвалообразователь. - № 2009113755/22; заявл. 13.04.2009; опубл. 27.10.2009, Бюл. № 30 - 2 с.: ил.

7. Левенсон С. Я., Гендлина Л. И., Морозов А. В., Алесик М. Ю., Усоль-цев В. М. Условия эффективного использования вибрационной техники на автомобильных отвалах // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 5. - С. 230-234.

8. Левенсон С. Я., Гендлина Л. И., Морозов А. В., Усольцев В. М. О формировании автомобильных отвалов при открытой разработке полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - № 7. - С. 50-55.

9. Левенсон С. Я., Гендлина Л. И., Усодьцев В. М., Морозов А. В., Гол-добин В. А., Ланцевич М. А. Патент на ПМ 143141. МПК Е 21 С 47/00. Устройство для формирования отвального массива. — № 2014108578/03; заявл. 05.03.2014; опубл. 20.07.2014, Бюл. № 20 - 2 с.: ил. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Левенсон Самуил Яковлевич1 — кандидат технических наук,

зав. лабораторией, e-mail: lev@misd.nsc.ru,

Гендлина Людмила Ивановна1 — кандидат технических наук,

старший научный сотрудник, e-mail: gen@misd.nsc.ru,

Морозов Алексей Васильевич1 — научный сотрудник, e-mail: alex02@ngs.ru,

1 Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН.

UDC 622.271

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 11, pp. 249-256. S.Ya. Levenson, L.I. Gendlina, A.V. Morozov USE OF VIBRATION MACHINES IN DEEP OPEN PIT MINING

Deep open pit mining involves increased volumes of overburden removal. It is sometimes required to combine a number of modes of transport. The research undertaken at the Institute of Mining, SB RAS has highlighted the expediency of using high-capacity reservoirs with vibratory discharge, which has been proved by commercial trials.

Intensification of stripping is possible through the use of heavier duty and higher loading-capacity mining and haulage machines. This is however sometimes restrained by their considerable weight. Safe operating conditions are infeasible due to low strength and instability of dumps. The authors show that the problem can be handled by locating a truck dump area far beyond potential wedge failure zone, which is possible in dumping with self-propelled vibratory spreader proposed by the Institute of Mining, SB RAS. Furthermore, it is possible to enhance dumping safety by compacting dump rocks using vibration machine to form a stable dump.

The use of vibratory machines allows safer and more efficient transport systems for overburden removal from deep horizons in open pit mines.

Key words: deep open pit mine, combination transport, rehandling point, bunker, vibratory feeder, truck dump, safety, spreader, dump compactor.

AUTHORS

Levenson S.Ya.1, Candidate of Technical Sciences, Head of Laboratory, Gendlina L.I}, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Morozov A.V.1, Researcher,

1 Chinakal Institute of Mining of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630091, Novosibirsk, Russia.

REFERENCES

1. Molotilov S. G., Vasil'ev E. I., Kortelev O. B., Norri V. K., Levenson S. Ya., Gendlina L. I., Tishkov A. Ya. Intensifikatsiya pogruzochm-tmnsportnykh rabot na kar'erakh (Intensification of loading and haulage operations in open pit mines), Novosibirsk, Izd-vo SO RAN, 2000, 208 p.

2. Tishkov A. Ya., Gendlina L. I., Eremenko Yu. I., Levenson S. Ya. Fiziko-tekhnichesk-ieproblemy razrabotkipoleznykh iskopaemykh. 2000, no 1, pp. 55—60.

3. Gendlina L. I., Eremenko Yu. I., Kulikova E. G., Levenson S. Ya. Gornoe oborudo-vanie i elektromekhanika. 2006, no 7, pp. 42—45.

4. Levenson S. Ya., Gendlina L. I., Glotova T. G., Alesik M. Yu., Morozov A. V. Gornoe oborudovanie i elektromekhanika. 2010, no 10, pp. 8—12.

5. Akishev A. N., Zyryanov I. V., Zarovnyaev B. N., Shubin G. V., Kolganov V. F., Zhuravlev A. G., Kurilko A. S., Sokolova M. D. Formirovanie rabochey zony glubokikh kimberlitovykh kar'erov (Formation of working area in deep open pit kimberlite mines), Novosibirsk, Nauka, 2015, 204 p.

6. Levenson S. Ya., Gendlina L. I., Eremenko Yu. I., Morozov A. V., Protasov S. I., Goldobin V. A. Patent RU2009113755/22 on PM 88004. MPK8 V 65 G 27/00, 27.10.2009.

7. Levenson S. Ya., Gendlina L. I., Morozov A. V., Alesik M. Yu., Usol'tsev V. M. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2011, no 5, pp. 230—234.

8. Levenson S. Ya., Gendlina L. I., Morozov A. V., Usol'tsev V. M. Gornyy informatsi-onno-analiticheskiy byulleten'. 2014, no 7, pp. 50—55.

9. Levenson S. Ya., Gendlina L. I., Usod'tsev V. M., Morozov A. V., Goldobin V. A., Lantsevich M. A. Patent RU2014108578/03on PM 143141. MPK E 21 S 47/00, 20.07.2014.

ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ

ВЫБОР СХЕМЫ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МАЛОГАБАРИТНОГО ЗАБОЙНОГО ГИДРОДВИГАТЕЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Мендебаев Токтамыс Нусипхулович — доктор технических наук,

ТОО «Научно-внедренческий центр Алмас», Казахстан,

Смашов Нурлан Жаксибекович — аспирант, e-mail: nur_cm@mail.ru,

Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе.

Исходными предпосылками для создания малогабаритного забойного гидродвигателя бурения скважин являлись: обеспечение устойчивости стенок скважин, снижение энергозатрат процесса углубки скважин, необходимость перехода на высокие частоты вращения по-родоразрушающего инструмента и их технологическое преимущество при направленном бурении. Разработана базовая схема трехсекционного реактивно-гидродинамического малогабаритного забойного гидродвигателя наружным диаметром 70 мм используемые при бурении скважин алмазными породо-разрушающими инструментами диаметром 76 мм. Принципиальное отличие схемы обеспечивает - снижение металлоемкости и расхода промывочной жидкости, повышение значений выходных силовых параметров, что доказано практическими расчетами, подтвержденные экспериментально.

Ключевые слова: скважина, бурение, инструмент, забой, гидродвигатель, схема, энергия, жидкость, расход, давление.

SELECTION OF THE SCHEME AND THE CALCULATION OF THE PARAMETERS OF A SMALL-SIZED FACE HYDRAULIC ENGINE FOR WELL DRILLING

Mendebaev T.N., LLP «Research and innovation center Almas», Almaty, Kazakhstan, Smashov N.Zh., Russian State Geological Prospecting University named after Sergo Ordzhonikidzc, 117997, Moscow, Russia.

The initial prerequisites for the creation of a small-sized face hydraulic engine for well drilling are stabilization of borehole walls, reduction of energy consumption of the drilling process of wells, requirement to change to the high rotating frequency of rock cutting tool and their technological advantage in directional drilling. It was developed a basic diagram of a three-section jet-hydrodynamic small-sized face hydraulic engine with outer diameter of 70 mm used in well drilling with the usage of diamond rock cutting tools with diameter of 76 mm. The principal difference scheme provides the reduction of metal consumption and the washing liquid, higher values of output power parameters, which has been proved by practical calculation, confirmed experimentally.

Key words: well, drilling, tool, face, hydraulic engine, shema, energy, fluid, consumption, pressure.