Разработка и адаптация методов и средств интенсификации циклично-поточной технологии открытой разработки сложно-структурных ме-сторождений

слабины каната. При наличии слабины происходит обратное движение крюко-блока, рывок каната и преждевременный его износ. Чтобы не появлялась слабина каната при торможении в методике преду -смотрен расчет тормозного момента двигателя по условию обеспечения относительного ускорения торможения двигателя меньшего, ускоре-ния торможения крюкоблока. Это приведет к постоянной натяжке каната. Относительно большая доля шкивов талевой системы определяет дополни-тельное требование к их проектированию: по возможности обеспечить снижение момента инерции.

При уменьшении суммарного момента инерции шкивов можно будет обеспечить большие ускорения при торможении, будет меньший переподъем блоков.

Разработанная методика реализована в приложении Microsoft Excel с использованием алгоритмического языка Visual Basic для приложений. Выходной документ разработан в виде пояснительной записки, результаты расчета выводятся в таблицах и иллюстрируются графиками, что является очень удобным для анализа. Пример графиков представлен на рисунке.

— Коротко об авторах -

Шестаков В.С. - профессор, Стрекотин В.А. - магистрант,

Уральский государственный горный университет.

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

ДИССЕРТАЦИИ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАН ТХЭ САН Исследование силового воздействия оползневых массивов на удерживающие конструкции Симплекс-методом 05.23.02 к.т.н.

УДК 622.271

С. С. Коломников

РАЗРАБОТКА И АДАПТАЦИЯ МЕТОДОВ

© С.С. Коломников, 2006

И СРЕДСТВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНО-СТРУКТУРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Семинар № 16

ТТ иклично-поточная технология (ЦПТ) получила широкое применение для транспортирования руды в карьерах Кривбасса, Полтавского, Стойленско-го, Качканарского, Ковдорского, Олене-горского горно-обогатительных комбинатов и вскрышных пород в карьере Мурун-тау Навоийского ГМК. Как известно, внедрение ЦПТ (с шириной ленты >1200 мм) при сокращении расстояния перевозки автомобильным транспортом на 1^3 км уменьшает потребность в автосамосвалах на 9^26 штук, высвобождает 40-120 рабочих, снижает расход дизельного топлива на 2,3^6,8 тыс. т в год и загрязненность атмосферы карьера в 1,5^2,0 раза. В настоящее время можно услышать диаметрально противоположные оценки применения ЦПТ. По карьерам Кривбасса ожидалось увеличение производительности в 1,5-2 раза, фактически прирост составил 10-17 %, а себестоимость добычи руды возросла с 2,11 до 2,31 руб/т. В то же время Ковдорский ГОК положительно оценивает ЦПТ и строит новые мощности, а Стойленский ГОК разобрал линию. Маловероятно, что столь противоположные оценки и подходы необъективны, скорее всего, негативные показатели стали след-ствии-ем непредвиденных и неучтенных на стадии проектирования и строительства технологических, технических и организационных особенностей ЦПТ.

Таким образом, необходима разработка и адаптация методов и средств интенсификации циклично-поточной технологии открытой разработки сло-жно-структурных месторождений с крутопадающими рудными телами, позволяющих повысить эффективность горно-

транспортного оборудования в глубоких карьерах.

При этом идея заключается в том, что интенсификация циклично-поточ-ной тех-нолог*и осуществляется за счет выявления резервов в технологических схемах работы горно-транспортного обо-рудования и использовании их адап-тационных возможностей к изменяю-щимся условиям открытой разработки сложно-структурных месторождений (физико-механических свойств горных пород, структуры массива, неравномерности грузопотоков и т.д.).

Для сложно-структурного месторождения выполнен анализ работы комплекса ЦПТ карьера Мурунтау. Рассмотрены структурные схемы взаимодействия элементов в его объектах. Результаты расчетов показателей надежности поточного звена комплекса ЦПТ свидетельствуют о том, что обе конвейерные линии смогут одновременно работать 72 % и 24 %, соответственно, продолжительности смены и месяца, причем только 55 % и 7 % с проектной нагрузкой. Время работы конвейеров в течение месяца составит (р = 555 ч.

(77 % календарного фонда времени), т. е. имеется значительный потенциал, не реализованный в проектных решениях и практике работы. Выполненный анализ распределения режимного времени и показателей надежности работы комплекса ЦПТ позволил установить, что между аварийными простоями комплекса и временем на проведение планово-предупредительных ремонтов имеется взаимосвязь (рис. 1), которая описывается параболической зависимостью. Это позволило на основании их оптимального соотношения разработать систему техническо-

Т„

то

| 1000 5 500

о

т„ * =110' "тЛ 1 1лаа±т, -15,39 т.нзззз

— -1 •

- — — Г ♦ —

940 1040114 1240 13401440 154016401740 Л пари Иные простои

го обслуживания, которая позволяет планировать наиболее производительный режим работы комплекса.

Для достижения комплексом максимальной производительности время технического обслуживания (ТО) должно составлять примерно 1400 ч в год.

В ходе исследований установлено, что на время технологических простоев большое влияние оказывают передвиж-ки отвального конвейера на новую от-вальную заходку. Увеличение шага передвижки сокращает простои комплекса за счет снижения количества передвижек, но увеличение целесообразно до некоторого предела, по достижении которого эффективность отвалообразования снижается из-за резкого роста затрат на бульдозерные работы и потерь отвальных площадей в верхнем ярусе конвейерного отвала в результате больших разрывов между заход-ками.

Для определения оптимального шага передвижки выполнен расчет эффективности формирования отвала шириной 240 м на всю длину отвального конвейера (1800 м) при высоте нижнего яруса 60, 90 и 120 м. По результатам расчетов получены зависимости, анализ которых позволяет установить область оптимальных значений шага передвижки отвального конвейера (Ьшопт). Для высоты нижнего яруса 60 и 90 м она составляет 80-100 м.

Выполненный анализ распределения режимного времени показал, что часть

Рис. 1. Взаимосвязь плановых и аварийных простоев

производительности комплекс теряет по причине простоев из-за негабарита и за-штыбовки на дробильно-перегрузоч-ных пунктах, а также дефицита горной массы, поступающей из цикличного зве-на. Причинами возникновения дефицита горной массы являются: отправка негабаритной и крупнокусковой фракций из забоев в отвалы, минуя комплекс ЦПТ; снижения производительности экскаваторно-

автомобильных комплектов, работающих на комплекс в тяжелых забоях; недостаточным количеством экскаваторов в забоях рудно-по-родной зоны карьера, которое в связи с высокой изменчивостью потребительских свойств горной массы на сложноструктурных месторождениях является величиной случайной.

В результате экспериментов установлено, что интенсификация цикличного звена комплекса ЦПТ при разработке сложно-структурного месторождения возможна при корреляционной взаимосвязи качества дробления массива взрывом с удельным сопротивлением разрушенной горной массы копанию и производительностью оборудования. Для решения этой задачи в качестве обобщающего критерия оценки приняты энергозатраты в технологических процессах, что позволило обоснованно выбрать погрузочно-транспортное оборудование, в наибольшей мере соответствующего физико-техническим характеристикам сложно-структурного месторождения и горнотехническим ус-ловиям карьера.

Обработка результатов опытно-промышленных экспериментов в различных условиях позволила установить зависимость производительности экскаватора ЭКГ-8И за 1 ч чистого времени работы от среднего размера куска взорванной горной массы (^р) и получить следующее аналитическое выражение:

Qэкг-8и = 700 - 1900^р2 + 36dср

Анализ полученной зависимости показывает, что по мере увеличения среднего размера куска взорванной горной массы производительность экскаватора ЭКГ-8И уменьшается и при dср> 600 мм его работа становится практически невозможной.

Установлено, что при прочих рав-ных условиях между удельным сопротивлением разрушенного массива копанию (Кр) и пределом прочности пород на сжатие (стсж) существует прямая зависимость линейного характера. Для определения сопротивления копанию при различных пределах прочности пород на сжатие и степени их дробления получено следующее выражение:

Кр = 0,75-10-3 стсж + 0,07е3'М-р - 0,07

Выражение (2) позволяет определить удельное сопротивление разрыхленной горной массы копанию в реальном интервале изменения среднего размера куска для практически всего диапазона изменения предела прочности пород на сжатие, имеющего место при открытой разработке месторождений со сложными горногеологическими условиями.

Экспериментальные исследования показали, что ЦПТ с использованием стационарных дробильно-перегрузоч-ных пунктов эффективна при наличии во взорванной горной массе кусков размером + 500 мм не более 15-20 %. С увеличением крупности горной массы, поступающей в дробилку, и при наличии кусков + 500 мм более 20 % производительность ДПП значительно снижается, возрастают износ футеровки, затраты на ремонт и, как следствие, работа ЦПТ становится малоэффективной. Экспериментальные работы по определению влияния кусковатости горной массы на производительность конусной дробилки КВКД-1200/200 в ДПП показали, что содержание класса + 500 -г-1000 мм в пределах 0,25 -г- 1,1 % на производительность дробилки не влияет, а в случае появления фракции 1200 -г- 1500 мм

в исходном продукте в пределах 0,004 -г-0,005 % ее производительность снижается на 3-5 %.

Структура экскаваторных забоев характеризуется наличием в разрабатываемых блоках горной массы с различными потребительскими свойствами, что требует формирования грузопотоков различной направленности. Влияние на работу ЦПТ в этом случае проявляется через не стабильность поступления горной массы из забоев на перегрузочные пункты (рис. 2). Потери производительности комплексом ЦПТ из-за отсутствия экскаваторов и нахождения дробильно-перегрузочных пунктов в резерве по итогам 2000-2002 гг. составляют до 49 % от всех простоев.

Таким образом, установлено, что на эффективность комплекса ЦПТ наибольшее влияние оказывают физико-механические свойства разрабатываемого горного массива, с которыми связано качество дробления пород взрывом и потребительские свойства горной массы, с которыми связаны характеристики грузопотоков.

Адаптация ЦПТ к физико-механическим свойствам горных пород реализуется через совершенствование методов определения параметров БВР, обеспечивающих наиболее эффективную работу выемочно-погрузочного оборудования, автотранспорта и перегрузочного пункта. Для ее реализации разработаны методы определения качества рыхления пород взрывом, позволившие, прежде всего, создать инструмент экспресс оценки гранулометрического состава взорванной горной массы в забоях на основе зависимости размера среднего куска взорванной горной массы от распределения кусков по фракциям.

Адаптация буровзрывных работ базируется на районировании карьера по трудности взрывания пород и гранулометрическому составу взорванной горной массы и осуществляется за счет оптимизации параметров БВР для рудной и породной зон

Частость, %

Забалансовая рула, СКЛ. 3

- . - шщ

рш  , _

1 ^

а,

Частость, %

Забалансовая руда, СКЛ. 4

Частость, %

Порола

Рис. 2. Вероятность нахождения экскаваторов рудно-породной зоны в составе цикличного звена комплекса ЦПТ: (пэ - количество экскаваторов в забое).

с учетом использования ЦПТ. Основным параметром оптимизации в этом случае выступает средний размер куска, рассматриваемый с позиции конечной цели использования минерального сырья (складирование в отвалы, переработка для получения продукции и т.п.).

Предложена схема оптимизации БВР основанная на энергетических характеристиках и стоимости используемого ЭВВ, а также рациональном размещении заряда ВВ в массиве. Для этого произведено районирование пород карьера по удельной энергии, затраченной при взрывной отбойке, в результате которой выделен ряд зон с интервалом изменения от 1,95 до 6,2 МДж/м3. Для каждой зоны установлено оптимальное значение удельной энергии (Еопт), которое необходимо затратить на дезинтеграцию пород до необходимой степени дробления.

Оптимизация взрывной отбойки производится путем регулирования удельной энергии заряда путем сочетания в нем

ЭВВ с различными значениями объемной концентрации энергии при изготовлении смесительно-заряд-ными машинами ЭВВ типа Нобилита или Нобелана с необходимыми энер-гетическими характеристиками. Алгоритм расчета представлен на рис. 3. После введения в программу исходных данных о принадлежности взрываемого блока к определенной зоне, сетке скважин, диаметре заряда, высоте уступа формируется колонка заряда из наиболее дешевого ЭВВ. Далее производится расчет удельной энергии при взрыве этого заряда, который сравнивается с оптимальной удельной энергией для этой зоны. Если результат соответствует оптимальной удельной энергии, он принимается для дальнейших расчетов. Если условие нарушено, то в зависимости от характера нарушения программа производит корректировку сетки расположения взрывных скважин или в состав заряда вводится ЭВВ с более высокой объемной концентрацией энергии.

Печать

Рис. 3. Структурная схема алгоритма оптимизации буровзрывных работ

Внедрение компьютерной программ-мы оптимизации параметров БВР на основе разработанного алгоритма расчета позволило в 2 раза снизить простои комплекса ЦПТ по причине попадания негабарита в ДПП и их заштыбовки, а также на 15 % увеличить выход горной массы с 1 погонного метра взрывной скважины.

Изучение условий работы выемочно-погрузочного оборудования на карьере Мурунтау показало, что широкий диапазон изменения удельного сопротивления пород разрыхленного массива копанию приводит к работе экскаваторов, как на пределе, так и с резервом энергетических возможностей. В этой связи рассмотрена возможность их оснащения комплектом сменных ковшей различной вместимости.

Область целесообразного, с точки зрения энергозатрат, комплекта ковшей устанавливается следующим образом:

• для ковша паспортной вместимости определяется оптимальный размер среднего куска взорванной горной массы во всем диапазоне изменения предела прочности пород на сжатие;

• удельное сопротивление разрыхленного массива копанию, соответствующее максимальному значению предела прочности пород на сжатие, принимается за граничное значение для ковша паспортной вместимости;

• для ковша измененной вместимости с учетом использования части мощности привода рабочего органа на перемещение дополнительной массы ковша и количества породы в нем определяется до-

пустимое по общей нагрузке на привод рабочего органа удельное сопротивление пород копанию;

• за границы области применения ковша паспортной вместимости принимаются максимальное и вновь установленное для ковша измененной вместимости значения удельного сопротивления пород копанию, а для ковша измененной вместимости - вновь установленное и менее.

По результатам исследования произведено районирование разрабатываемого массива карьера Мурунтау по удельному сопротивлению копанию, в результате чего, исходя из данных, приведенных в табл., выделены зоны, в которых экскаваторы типа ЭКГ целесообразно использовать с ковшами определенной вместимости.

Основные методы адаптации выемоч-но-погрузочных работ в рассматриваемом случае базируются на выборе комплекса экскаватор-автосамосвал и определении диапазона горно-техни-ческих условий, в которых работа комплекса наиболее эффективна. Интенсификация экскаваторно-автомобиль-ных комплексов базируется на сортировке горной массы в забоях; дроблении негабарита бутобоями; выделении в карьере зон, позволяющих применить сменные ковши на экскаваторах; создания буферных дозагрузочных складов. Основными параметрами оптимизации в этом случае являются производительность экскаватора и сокращение расстояния транс-

портирования горной массы автосамосвалами, что, в конечном счете, увеличивает производительность ЦПТ.

Интенсификация перегрузки горной массы с автомобильного на конвейерный транспорт достигается за счет адаптации перегрузочных пунктов к гранулометрическому составу минерального сырья и горно-техническим условиям карьера. Для этого предложено направление потока горной массы на дробильные, дробильно-грохотиль-ные и грохотильные пункты в зависимости от гранулометрического состава. Установлены области рационального применения различных типов перегрузочных пунктов.

Анализ исследования динамических характеристик грузопотока показывает, что такой процесс в целом осуществляется в двух режимах: стационарном и переходном (начало и конец смены и обеденный перерыв), что свидетельствует о значительной неравномерности грузопотока в течение смены. Вариация параметров существующих на карьере грузопотоков может привести к недогрузке конвейерного оборудования в период ее отрицательных значений, или к невозможности приема части автосамосвалов в пиковые периоды (положительные значения вариации), что в конечном итоге приведет к рассогласованию параметров всей системы, а следовательно, и ожидаемых объемов работы конвейерного комплекса. Для стаби-лизации поступления горной массы на конвейерные комплексы, обеспечения заданной производительности, наряду с организационными мероприятиями требуется выбор рациональных технологических параметров транспорт-но-перегрузочных комплексов, а также принятия специальных технологических решений. К ним, прежде всего, относятся:

- выбор рационального количества и типа перегрузочных пунктов с автосамосвала на конвейер, которые является главным звеном взаимосвязи сочетае-мых видов транспорта;

- создание около перегрузочного пункта (или в непосредственной близости) буферного промежуточного склада, параметры которого определяются исходя из характеристик грузопотока автотранспорта.

Выбор рационального количества и типа перегрузочного пункта не может в полной мере решить указанную проблему, поскольку объем бункера в большинстве случаев равен 2-4 емкости автосамосвала. Полное устранение влияния вариации интенсивности карьерных грузопотоков на работу конвейерной линии, стабилизации его загрузки, как показали исследования на имитационных моделях, возможно путем создания промежуточного буферного склада, который не только компенсирует влияние вариаций грузопотока, но и послужит в качестве накопительной емкости при непредвиденных простоях конвейерного комплекса. Установлена зависимость производительности комплекса ЦПТ от вместимости накопительно-до-

грузочных складов (рис. 4), анализ которой, показывает, что их суммарная вместимость для условий карьера Мурунтау должна быть не менее 600^700 тыс. м3. Использование временных промежуточных буферных складов при ЦПТ в практике работы карьера позволило увеличить производительность конвейерных комплексов на 12 %.

Интенсификация конвейерного транспорта базируется на адаптации к изменяющимся горно-техническим условиям карьера и достигается за счет дополнительного ввода к существующим стационарным конвейерным линиям выносных горизонтальных или слабонаклонных за-

Рис. 4. -Зависимость производительности ЦПТ от вместимости промежуточного склада

бойных конвейеров с системой модулей-прегружателей, позволяющих быстро отрабатывать локальные участки карьера. Основным параметром оптимизации является увеличение доли конвейерного транспорта в грузопотоке карьера.

В карьере Мурунтау к особенностям горно-техническим условий, требующим адаптации ЦПТ, относится отсутствие транспортных коммуникаций или их значительная протяженность от мест ведения выемочно-погрузочных работ до перегрузочных пунктов. Такая ситуация возникла в результате отработки карьера очередями, что естественно для любого крупного карьера. В результате возникли новые участки ведения работ, вскрытие которых не позволяет доставлять горную массу на концентрационные горизонты комплекса ЦПТ. В первом случае адаптация ЦПТ осуществляется за счет применения поро-доскатов, во втором - временных насыпных съездов.

Установлено, что в условиях карьера Мурунтау технологический поток с поро-доскатом в системе ЦПТ целесообразно применять при длине транспортирования автосамосвалами в отвал La.jp >3,0 км. При установившихся в карьере соотношениях высота подъема горной массы в этом случае составит 50^60 м. Сооружение поро-доскатов в условиях карьера Мурунтау становится целесообразным, если их использование сокращает плечо автомобильной откатки на 0,3-0,5 км.

Область применения и показатели работы экскаваторов с комплектом ковшей различной вместимости для карьера Мурунтау

Показатели Значение

ЭКГ-8И ЭКГ-12.5 ЭКГ-15

Вместимость ковша, м3 8 10 12 12 15 17 15 17 20

Предел прочности пород на сжатие, Па 18090 90-60 <60 180-130 13080 <80 180100 10080 <80

Средний размер куска, м Удельное сопро-тив ление копанию, МПа 0,20 0,230,15 0,13 0,150,11 <0,11 <0,11 0,23 0,250,19 0,19 0,190,14 <0,15 <0,14 0,23 0,230,16 0,19 0,160,13 0,15 <0,13

Производительность, м3/ч 380580 730990 1100 570-750 940 1270 1440 6601010 11401410 1660

Интенсификация отвалообразования при конвейерном транспорте базируется на формировании высоких отвалов, что, возможно, достичь путем управляемого сдвижения пород в отвалы; отсыпки пионерной дамбы отвалооб-разователем; оптимизацией шага передвижки отвальных конвейеров при помощи уборки отвальных конусов бульдозерами и отгрузки поступившей через конвейерную линию руды на перегрузочные пункты карьера. Основным параметром

оптимизации выступает вместимость конвейерного отвала (склада руды).

Таким образом, на основе выполненных исследований адаптационных возможностей существующих и разработанных методов и средств интенсификации ЦПТ дано решение научно-технической задачи повышения эффективности работы горно-транспорт-ного оборудования при открытой разработке сложно-структурных месторождений.

— Коротко об авторах -

Коломников С. С. - начальник ПТБ рудника Мурунтау Центрального рудоуправления НГМК.

© Л. А. Гаврилова, 2006 321