Технологии разработки россыпных месторождений драглайнами методом поперечных заходок

УДК 622.271.322

Дудинский Федор Владимирович Fedor Dudinsky

Нечаев Константин Борисович Konstantin Nechayev

технологии разработки россыпных месторождений драглайнами методом поперечных заходок

technology development of loose deposits by draglines of cross-trenches

Представлены направления повышения эффективности разработки россыпных месторождений. Приведены основные показатели разработки глубоких россыпей при применении драглайнов на дражных и открытых работах. Установлен характер изменения удельных затрат и капитальных вложений на добычу песков при бестранспортных и комбинированных технологиях открытой разработки глубоких мелких и средних по запасам песков россыпей.

Обоснована технология разработки россыпей поперечными заходками. Разработаны технологические схемы ведения вскрышных и добычных работ одним драглайном и экскаваторно-автомобиль-ным комплексом. Оценены варианты разработки россыпных месторождений золота при применении различных схем. Выделены основные затраты времени на вспомогательные операции при экскавации забоя и заходки по длине фронта работ. Выявлена взаимосвязь производительности карьера по горной массе и пескам от длины фронта работ. Сделан анализ потерь рабочего времени в различных технологических схемах и их количественная оценка в структуре общих затрат времени на отработку экскаваторного блока. Показано влияние длины фронта работ и мощности песков в исследуемых технологиях на производительность карьера. Отмечено, что производительность карьера по добыче в обеих технологиях определяется объемом песков, подготовленных драглайном при ведении вскрышных работ.

Показано, что увеличение длины фронта работ в исследуемых технологиях приводит к росту чистого дисконтированного дохода с различной степе-

The directions of efficiency rising of the loose deposits development are presented. The main indicators of deep placers development with the application of draglines in dredge and open works are given. The nature of changes in specific costs and capital expenditures on the extraction of sand when using non-transport and combined technologies of open development of small and medium deep reserves of alluvial sands.

The technology of loose deposits development by draglines of cross-trenches is proved. Technological diagrams of stripping and loosing works by one dragline and excavator-car set are developed. The variants of alluvial gold deposits development by means of various schemes are evaluated. The basic time spent on auxiliary operations at excavation face and stope along the length of the front work is marked out. The correlation between the sand-pit productivity due to rock mass and sand on the length of the front work is revealed. The analysis of working time loss in different technological schemes and their quantitative assessment in the total time spent on testing of excavating unit is made. The effect of the length of the front work and the power of sands in the studied technologies in relation to sandpit productivity is shown. The productivity of a sandpit according to the development in both technologies is determined by the volume of sand extracted by the dragline in the process of stripping operations is proved.

It is shown that increasing of the length of the front work in the studied technologies leads to an increase in the net present value with varying degrees of intensity, which allows you to set the limit on the width of the industrial part of loose deposit for the technologies of

нью интенсивности, что позволяет установить предельную ширину промышленной части россыпи для технологий с попеременным выполнением вскрышных и добычных работ одним драглайном и экска-ваторно-транспортным комплексом. Определены экономически оправданные границы применения технологии разработки россыпи одним драглайном на вскрышных и добычных работах

Ключевые слова: система разработки, техно- Key words: system design, technology, technological

логия, технологическая схема, поперечные за- scheme, cross trenches, stripping and mining opera-

ходки, вскрышные и добычные работы, границы tions, boundaries of technologies технологий

alternating performance of stripping and mining operations by one dragline and excavator-transport complex. The economically proved boundaries of loose deposit development technology by one dragline at stripping and mining works are defined

Находящиеся в эксплуатации россыпные месторождения золота характеризуются большим разнообразием горногеологических условий, горнотехнических факторов и изменением основных геометрических параметров карьеров, что позволяет использовать различные технологии ведения вскрышных и добычных работ в пределах одного карьерного поля. Повышение эффективности освоения россыпей в настоящее время достигается совершенствованием способов подготовки пород, технологии дражных и открытых работ [1, 2, 3, 5-10].

Применение при дражной разработке драглайнов с вместимостью ковша 10...20 м3 позволило эффективно разрабатывать россыпи при глубине 16.46 м и коэффициенте вскрыши 0,3.1,4 м3/м3, обеспечивая годовые объемы добычи песков в размере 400.800 тыс. м3. Открытые горные работы экономически оправданно ведутся на глубинах до 50 м с применением бестранспортных, комбинированных и транспортных технологий, при этом эксплуатационный коэффициент вскрыши изменяется в пределах от 3 до 22 м3/м3 (иногда может достигать 34 м3/м3), а годовая добыча песков на одном карьере составляет порядка 200 тыс. м3.

В настоящее время в освоенных золотопромышленных районах выявлены разведкой и находятся в разработке открытым способом десятки россыпных месторождений с запасами песков по объемам от нескольких сотен тыс. м3 до 1.2 млн м3,

характеризуемых мощностью вскрыши в диапазоне 16.37 м при мощности пласта 1.4 м.

Экономическая оценка бестранспортных и комбинированных технологий открытой разработки глубоких мелких и средних по запасам песков россыпей показала, что удельные затраты и капитальные вложения на добычу песков при их применении ниже по сравнению с использованием экскава-торно-транспортных комплексов. На рис.

1 приведено изменение удельных затрат на разработку россыпного месторождения шириной 100 м и глубиной залегания 50 м с использованием различных технологий, включающих в качестве вскрышного оборудования драглайн.

Анализ проектных решений открытой разработки глубокозалегающих россыпных месторождений с запасами песков до

2 млн м3 дает основания считать, что достигаемая производственная мощность карьеров позволяет отрабатывать такие месторождения за время, соизмеримое с нормативным сроком амортизации основного оборудования.

При разработке долинных россыпей с использованием драглайнов применяются продольные и поперечные системы разработки, включающие бестранспортные технологические схемы с размещением вскрыши во внешние и внутренние отвалы. Одним из преимуществ поперечных систем ведения работ является возможность усреднения содержания полезного ископаемого в пределах одной заходки.

о о И

тыс. руб/м3 5,0 у

2,5 -

Л

ю о

3 2,0----

!й 1,5

се 7

СО

а 1,0 +-

Й 0,5----

о

ч

^ 0,0

Бестранспортная технология

Комбинированная технология

Транспортная технология

0,0

10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 Глубина залегания россыпи

60,0

Рис. 1. Зависимость удельных затрат на разработку россыпного месторождения. Бестранспортная технология: вскрышные работы ЭШ - 11.70 + БелАЗ 540 + ПГШ - II - 50. Комбинированная технология: вскрышные работы ЭШ - 11.70 + ЭКГ 5А + БелАЗ 540 + добычные работы ЭКГ 5А + БелАЗ 540 + ПГШ - II - 50. Транспортная технология: на вскрышных и добычных работах ЭКГ 5А + БелАЗ 540 + ПГШ - II - 50

С целью снижения капитальных вложений и обеспечения экономической эффективности результата нами обоснована технология разработки россыпей поперечными заходками. Технология предусматривает использование предложенного академиком Н.В. Мельниковым принципа попеременного выполнения вскрышных и добычных работ одним драглайном на угольных разрезах, применение которого перспективно при разработке различных месторождений [2, 4].

Вскрышные и добычные работы ведутся одним драглайном попеременно. Работа драглайна осуществляется поперечными заходками по всей ширине промышленной части россыпи (рис. 2). Для осушения и вскрытия месторождения драглайном вдоль контура запасов в прибортовой части карьера проводится дренажная траншея, которая периодически удлиняется на величину, равную ширине заходки. Временные съезды в карьер для вспомогательного оборудова-

ния (например, для выполнения работ по зачистке плотика и углубления дренажа) устраиваются на внутренних отвалах. При отработке первой поперечной заход-ки отвалы вскрыши выкладываются на поверхность. В созданное выработанное пространство драглайном отсыпаются вскрышные породы от следующей заход-ки, а вынимаемые этим же экскаватором пески укладываются во временные навалы на поверхности. Незначительное опережение выемки песков позволяет снизить зависимость вскрышных и добычных работ друг от друга. Пески из фланговых частей заходки могут размещаться и за контуром карьера, что позволяет снизить простои драглайна при ожидании их доработки другим погрузочным оборудованием. Технология позволяет использовать на выемке вскрыши и песков оборудование большой единичной мощности, а при комбинированной отработке заход-ки фронтальным и продольным забоями, формировать концентрированные нава-

лы песков за радиусом действия драглай- чиками или экскаваторно-транспортны-на. Выемка и транспортирование песков ми комплексами. из навала может осуществляться погруз-

Рис. 2. Технологическая схема разработки россыпи поперечными заходками с совмещением вскрышных и добычных работ одним драглайном

С целью определения эффективности рассматриваемой технологии разработки и обоснования границ ее применения в качестве конкурентоспособной принята поперечная система разработки россыпи с использованием бестранспортной и транспортной технологий соответственно на вскрышных и добычных работах (рис. 3). Технологический комплекс оборудования включает драглайн ЭШ — 11.70 на вскрышных работах, добыча песков экскаватор ЭКГ 5А, автотранспорт БелАЗ 540 и промывка песков на гидравлическом промприборе ПГШ — II — 50. Отработка вскрышного уступа выполняется драглайном с размещением пустых пород в выработанное пространство. Добычные работы ведутся с использованием карьерного экскаватора и автомобильного транспорта. Для снижения жесткости связи между вскрышными и добычными работами вскрытие пласта и создание транспортной схемы обеспечивается двумя выездами, создаваемыми на противоположных бортах карьера.

Эксплуатационная производительность драглайнов в рассматриваемых технологиях во многом определяется потерями рабочего времени на выполнение технологических операций, не связанных с процессом черпания.

Общие технологические простои драглайна Тт при отработке заходки определяются по формуле

Т = Т + Т ,

m з и7 у '

где Т — затраты времени на вспомогательные операции при отработке забойного блока (включают зачистку кровли полезного ископаемого и плотика, подготовку к шаганию, планировку трассы хода, время на подготовку места рабочей стоянки экскаватора, перенос и переключение кабеля и т.д.);

Тп — затраты времени на вспомогательные операции, не связанные с отработкой забоя (включают подготовительно-заключительные операции и регламентированные перерывы, перемещение экскаватора и выполнение дополнительных работ в торцах фронта работ, перегон драглайна к

следующему забою, ожидание доработки песков и т.д.).

Техническая и эксплуатационная производительность драглайнов оценивались с учетом взаимосвязи коэффициентов влияния технологии выемки и сменного времени использования экскаватора с протяженностью фронта работ.

Производственная мощность карьера по пескам при использовании одного экскаватора на добычных и вскрышных работах поперечными заходками определяется по формуле (2).

<?п =

Ь ВпЬп ЪИ + КрзЪКппЫ

НвВПЬВ

3 /

. м /год,

где ВВ, ВД — соответственно ширина вскрышной и добычной полос, м;

QТ — техническая производительность экскаватора по вскрыше, м3/ч;

LВ, — соответственно длина фронта вскрышных и добычных работ, м;

t — продолжительность смены, ч;

КИ — коэффициент использования сменного времени;

п — количество смен в сутки, шт.;

N — продолжительность сезона, дн;

Ъ — мощность пласта песков, м;

НВ — мощность вскрыши, м;

КРЗ — коэффициент разубоживания песков при отработке навала на поверхности.

При применении экскаваторно-транс-портных комплексов в расчете производственной мощности карьера КРЗ — не учитывается.

В схемах с одним драглайном ряд факторов при отработке забоя и особенностей технологической схемы приводят к снижению технической производительности на 3...5 % по сравнению с выемкой вскрыши по бестранспортной схеме. Так, при отработке приплотиковой части пласта вынимаемые породы, как правило, характеризуются увеличением сцепления, наличием валунов и, соответственно, время цикла драглайна возрастает.

Потери времени на вспомогательные операции, не связанные с отработкой забоя, определяются конструкцией технологической схемы. Например, при отработ-

ке россыпи экскаваторно-транспортным комплексом основные простои связаны с ожиданием доработки песков карьерным экскаватором в радиусе действия драглайна и с устройством дренажа в торцевой части фронта работ. При ведении работ одним драглайном на вскрыше и добыче наличие

- Направление добычного грузопотока

плотных подстилающих пород, разработка которых драглайном затруднительна, возникают дополнительные простои при отработке забоя, связанные с ожиданием зачистки плотика бульдозерно — рыхлительными агрегатами.

Рис. 3. Технологическая схема разработки россыпи поперечными заходками экскаваторно-автомобильным комплексом

В общем случае удельные затраты времени при разной длине фронта работ будут изменяться. Установлено, что потери времени на технологические простои растут при увеличении длины фронта работ как в случае применения экскаваторно-транс-портных комплексов, так и с использованием одного драглайна. При этом простои драглайна при отработке забойного блока в схемах с одним драглайном выше (рис. 4), а потери времени в заходке, не связанные с отработкой забоя, наоборот меньше по отношению к технологии с использованием экскаваторно-транспортных комплексов.

Например, при отработке уступа высотой 19 м с пластом песков 4 м в диапазоне изменения длины фронта работ 200...400 м рост затрат времени на вспомогательные

операции при экскавации пород забойного блока по длине, равного шагу передвижки драглайна в схемах с одним драглайном, выше в 1,7 раза по сравнению и с бестранспортной технологией. При этом затраты времени в заходке, не связанные с отработкой забоя в технологиях с одним драглайном, наоборот ниже на 40.50 %. В структуре общего фонда рабочего времени отработки заходки по длине фронта работ удельный вес простоев, не связанных с отработкой забоя в бестранспортных технологиях в зависимости от длины фронта работ колеблется 23...33 %, а в схемах с одним драглайном находится в пределах 9.10 %, для обеих схем простои при отработке забоя находятся в одном диапазоне и составляют 6.7 %.

а <и с о

<и к и о <и

и о ч о

<и н

к

К

<и

180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 -

40,0 -

<и а и

3

13

а

й 00

0,0

20,0------

м

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

Длина фронта работ

— экскаватор драглайн

-экскаваторно-транспортыйкомплекс

Рис. 4. Зависимость затрат времени на вспомогательные операции при отработке забойного блока от длины фронта работ при мощности песков 4 м

ч

Комплексная оценка влияния временных факторов показала, что изменение длины фронта работ влияет на годовую

производительность драглайнов, а производительность карьера на добыче в обеих технологиях определяется объемом песков,

Рис. 5. Зависимость годовых объемов горной массы и песков от длины фронта

работ при мощности пласта 5 м

подготовленных драглайном при ведении вскрышных работах (рис. 5). Равное количество подготовки песков в технологиях будет достигнуто, когда производительность одного драглайна по горной массе будет больше объема вскрыши на величину

объема подготовки песков. В случае применения экскаваторно — транспортных комплексов — это производительность по вскрыше, а при выполнении работ одним драглайном — по горной массе.

тыс. м3

3 1

ев ^ 1 « и1

2 о

« и

Л О 1 О т1 и 1

о с

8

И 1 и 1 о н о

и «

о с

¡2 о о X Л

ч * „

^ Л §§

о а

с

800,0 тт 600,0 -400,0 -200,0 -000,0 800,0 -600,0 400,0 200,0 0,0

""Г" I

"Г" I

ь

"Г"

I

"Г" I

""Г" I

"Г" I

""Г" I

"Г" I

----т —

I

- г_~

—-I-

_____I

"Т"

I I

"Т"

I I

"Т"

I I

"Т"

I I

"Т" "Г -I-

"Т"

I I

"Т"

I I

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0

Длина фронта работ

3

•—экскаватордраглайн подготовка песков,м3 •—экскаватордраглайн производительностьпо горноймассе, м3 -экскаваторно-транспортыйкомплексподготовкапесков,м3

500,0

"1 "1

600,0 м

экскаваторно-транспортьшкомплекспроизводительностьпогорной массе,м3

1

Анализ полученных зависимостей показывает, что увеличение длины фронта работ и мощности песков в исследуемых технологиях приводит к более резкому изменению производительности в бестранспортных схемах (схемы с экскаваторно — транспортным комплексом), что объясняется характером технологических простоев в зависимости от длины фронта работ. Так, при отработке песков мощностью 5 м, изменении длины фронта работ от 100 м до 400 м рост производительности дра-

глайна по вскрыше в первом случае происходит в 1,4 раза, а применение одного драглайна на вскрышных и добычных работах годовой объем переработки горной массы практически не изменяется.

При экономической оценке эффективности решения используется ряд показателей, одним из которых является чистый дисконтированный доход (ЧДД). Определено, что увеличение длины фронта работ в исследуемых технологиях приводит к росту ЧДД с различной степенью интенсивнос-

ти, что позволяет определить предельную ширину промышленной части россыпи для технологий с попеременным выполнением вскрышных и добычных работ одним драглайном и экскаваторно — транспортным комплексом (рис. 6).

Так, при рассмотренных конструкциях технологических схем и установленных

для моделирования параметрах экскавации экономически обоснованная область применения технологии с одним драглайном на вскрышных и добычных работах в зависимости от мощности песков будет находится в границах изменения ширины россыпи 180.420 м.

млн руб. 6 000,0

§

« 5 000,0 35

3

£ 4 000,0

CÖ И О

& 3 000,0 §

g 2 000,0

g 1 000,0

н '

g

tr

_____±.

0,0

"Т" I I

I I

J

г

X

----1

_ «J

X

__L.

I

-.•-К-

.1. ..у..

г.......u а ^

I/I I I

1"" .......\...........I-..;..-.^----]

\/ II

-----^-------|----+----1----

I I I I

I I I

I I I I

I I I I

I I I I

I I I I

-I-

-+-

-I-

-I-

• — экскаватор драглайн

Нв = 5,0 м

— экскаваторно-транспортый комплексНв = 5,0м

• — экскаватор драглайн

Нв = 4,0 м

— экскаваторно-транспортый комплексНв = 4,0м

— экскаватор драглайн

Нв = 3,0 м -— экскаваторно-транспортый комплексНв = 3,0м

0,0

100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 м Длина фронта работ

Рис. 6. Зависимость изменения ЧДД от длины фронта работ при отработке россыпи

поперечными заходками

Таким образом, при разработке россыпных месторождений поперечными за-ходками драглайнами конструкция технологической схемы, производительность карьера и длина фронта работ взаимосвя-

Литература_

1. Гущенко В.В. Обоснование технологии отработки и рекультивации месторождений песчано-гравийной смеси в поймах рек: автореф. дис. на со-иск. уч. ст. канд. техн. наук. Иркутск: Иркутский государственный технический университет, 2013. 19 с.

2. Дудинский Ф.В. Методические основы определения параметров технологии вскрышных работ с формированием внешних отвалов драглайнами // Вестник ИрГТУ. 2013. № 12 (83). С. 149-153.

3. Дудинский Ф.В., Нечаев К.Б. Определение основных параметров открытой разработки место-

заны и являются основополагающими для установления границы технологий и экономической оценки эффективности ведения горных работ.

_References

1. Gushhenko V.V. Substantiation of technology of processing and reclamation deposits of sand-gravel in floodplains [Obosnovanie tehnologii otrabotki i rekul-tivatsii mestorozhdeniy peschano — graviynoy smesi v poimah rek]: abstract diss. candidate. tehn. sciences. Irkutsk: Irkutsk State Technical University. 2013. 19 p.

2. Dudinsky F.V. Vestnik IrGTU (Bulletin of Irkutsk State Technical University), 2013, no. 12(83), pp. 149-153.

3. Dudinsky F.V., Nechaev K.B. Vestnik IrGTU (Bulletin of Irkutsk State Technical University), 2014, no. 11(94), pp. 122-127.

рождений с горизонтальным и пологим залеганием пласта // Вестник ИрГТУ. 2014. № 11 (94). С. 122127.

4. Дудинский Ф.В., Нечаев К.Б. Основные технологии разработки глубокозалегающих, ограниченных по запасам россыпей открытым способом // Изв. вузов. 2010. № 5. С. 33-40.

5. Костромин М.В., Грешилов Д.М. Методика, техника и технология снижения и ликвидации эксплуатационных потерь в межходовых и межшаговых целиках при дражной разработке россыпей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 12. С. 68-75.

6. Костромин М.В., Грешилов Д.М. Эксплуатационные потери песков в межшаговых и межходовых целиках при дражной разработке россыпей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 8. С. 80-87.

7. Морозова Н.В. К расчету годового намыва металла при подготовке искусственной сушенцовой вскрыши // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 8. С. 46-52.

8. Субботин Ю.В., Корешков С.В. Подготовка мерзлых пород при разработке золотоносных россыпей в Забайкальском крае // Техника и технология производственных процессов: сб. материалов XIII Междунар. научн.-практ. конф. «Кулагинские чтения». Чита: ЗабГУ, 2013. С. 41-46.

9. Тарасенко Е.А., Кисляков В.Е. Проблемы разработки валунистых россыпных месторождений // ГИАБ. 2010. № 12. С. 119-122.

10. Тарасенко Е.А., Кисляков В.Е., Конник А.А. Технологические решения при разработке ва-лунистых россыпных месторождений // Вестник МГГУ им. Г.И. Носова. 2011. № 3. С. 43-45.

Коротко об авторах _

Дудинский Ф.В., д-р техн. наук, профессор каф. «Разработка месторождений полезных ископаемых», Иркутский государственный технический университет, г. Иркутск, Россия go_gor@istu. edu

Научные интересы: разработка россыпных месторождений

К.Б. Нечаев, науч. сотрудник научно-исследовательской части, Иркутский государственный технический университет, г. Иркутск, Россия istuproekt@maiI. ги

Научные интересы: разработка глубокозалегающих россыпных месторождений

4. Dudinsky F.V., Nechaev K.B. Izv. vuzov (News of universities ), 2010, no. 5, pp. 33-40.

5. Kostromin M.V., Greshilov D.M. Gorny informatsionno-analiticheskiy byulleten (Mining information-analytical bulletin), 2014, no. 12, pp. 6875.

6. Kostromin M.V., Greshilov D.M. Gorny infor-matsionno-analiticheskiy byulleten (Mining information-analytical bulletin), 2012, no. 8, pp. 80-87.

7. Morozova N.V. Gorny informatsionno-anal-iticheskiy byulleten (Mining information-analytical bulletin), 2012, no. 8, pp. 46-52.

8. Subbotin Yu.V., Koreshkov S.V. Tehnika i tehnologiya proizvodstvennyh protsessov (Engineering and technology of production processes): Collected articles of XIII International Scientific. Pract. Conf. «Kulagin readings». Chita: ZabGU, 2013. P. 41-46.

9. Tarasenko. E.A., Kislyakov V.E. GIAB (GIA-BA), 2010, no. 12, pp. 119-122.

10. Tarasenko. E.A., Kislyakov V.E., Konnik. A.A. Vestnik MGGU im. G.I. Nosova (Bulletin of MGGU named after G.I. Nosov), 2011, no. 3, pp. 4345.

_Briefly about the authors

F. Dudinsky, doctor of technical sciences, professor, Mineral Deposit Development department, Irkutsk State Technical University, Irkutsk, Russia

Scientific interests: development of loose deposits

K. Nechayev, scientific researcher, Research Division, Irkutsk State Technical University, Irkutsk, Russia

Scientific interests: development of deep loose deposits