Возможности использования безвзрывной технологии на Эльгинском каменноугольном месторождении

мость костно-мышечной системы и новообразований у детей. Большая часть территории Якутии приходится на зону экстремальных геофизических явлений. Реакция организма человека на изменения солнечных и геомагнитных возмущений неоднозначна, сказываются индивидуальные особенности организма, его адаптационные способности, которые, по-видимому, изменяются с возрастом, состоянием окружающей среды (деревня, город) и другими причинами. Поэтому изучение статистических закономерностей зависимости количества и характера протекания заболеваний от геомагнитных бурь может быть полезным как при решении задач долго- и среднемасштабного прогноза, так и при изучении влияния их на здоровье человека и в целом на живые организмы на Земле. А частота и интенсивность геомагнитных бурь определяются главным образом такими факторами космической погоды, как солнечная и геомагнитная активность.

Литература

1. ЧижевскийА.Л. Земное эхо солнечных бурь. - М.: Мысль, 1973.

2. Мизун Ю.Г., Хаснулин В.И. Наше здоровье и магнитные бури. - М.: Знание, 1991. - 192 с.

3. Бреус Т. К., Рапопорт С.И. Магнитные бури: медико-биологические и геофизические аспекты. - М.: Советский спорт, 2003. - 192 с.

4. Самсонов С.Н., Соколов В.Д., Стрекаловская A.A., Петрова П.Г. Гелиогеофизическая возмущенность и обострения сердечно-сосудистых заболеваний // Тез. докл. Всероссийского совещания «Биологические эффекты солнечной активности», Пущино, 6-9 апреля 2004 г. - С. 38.

5. Смирнова A.B., Наумчева Н.Н. Солнечная активность и заболевания сердечно-сосудистой системы // Клинич. медицина. - 2008. - Т.86, № 1. - С. 10-17.

6. Стоилова И., Дмитрова С., Бреус Т. и др. Солнечно-земные связи и здоровье человека // Солнечно-земная физика. - 2008. - Т. 12, вып. 2. - С. 336-339.

7. Бреус Т.К. Влияние «космической погоды» на биологические объекты // Земля и Вселенная. - 2009. - №3. - С. 53-62.

8. Чибисов С.М., Бреус Т.К., Левитин A.E. и др. Биологические эффекты планетарной магнитной бури // Биофизика. - 1995. - Т.40, вып.5. - С.959-968.

9. Владимирский Б.М., Темуръяц H.A., Мартынюк В.С. Космическая погода и наша жизнь. - М.: Век 2, 2004. - 224 с.

10. Кравченко К.Л., Коротких A.B., Язев СA. Динамика некоторых психических заболеваний в Иркутске и солнечная активность // Солнечно-земная физика. -2008. - Т. 2, вып. 12, - С. 350-351.

УДК 622.2:622.33

Возможности использования безвзрывной технологии на Эльгинском каменноугольном месторождении

С.А. Ермаков, Д.В. Хосоев

Рассмотрена возможность применения беззерыеной технологии отработки угольных месторождений с применением комбайнов КСМ-2000Р. Анализ результатов испытаний показывает возможность их применения при разработке Эльгинского каменноугольного месторождения. Это позволит значительно повысить эффективность вскрышных и добычных работ.

Ключевые слова: уголь, технология, комбайн, Эльгинское каменноугольное месторождение.

In clause the opportunity of application without explosion technologies of working off of coal deposits with application ofcombines KSM-2000R. The analysis ofresults of tests opportunity of their application is considered shows by development Elginskiy of a coal deposit. It will allow raising considerably efficiency opening and extracting works.

Key words: coal, technology, a combine, coal deposit Elginskoe.

Схема комплексного развития производительных сил, транспорта и энергетики Республики

ЕРМАКОВ Сергей Александрович - к.т.н., зав. лаб. ИГДС СО РАН, 8(4112)39-11-22, igds@ysn.ru; ХОСОЕВ Доржо Владимирович - аспирант, вед. инженер ИГДС СО РАН, 8(9241)69-05-79, dorgi_ho@mail.ru.

Саха (Якутия) до 2020 года, одобренная Правительством Российской Федерации, определила долгосрочные направления и стратегические приоритеты развития республики. Векторы развития республики переориентированы на юг и восток республики, а перспективы развития Южной Якутии связаны с разработкой новых сырьевых мес-

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕЗВЗРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ НА ЭЛЬГИНСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

торождений, в том числе и Эльгинского угольного месторождения [1].

При разработке угольных месторождений Якутии обычно применяется цикличная технология с использованием экскаваторов и погрузчиков различной мощности, при этом рыхление вскрыши и угольных пластов осуществляется с применением буровзрывных работ. Традиционная технология имеет ряд недостатков, в т.ч. высокую энергоемкость и себестоимость добычи полезного ископаемого, а также оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Кроме того, ограниченные возможности применяемой технологии, не обеспечивающей раздельной выемки тонких породных прослоев, приводят к валовой их отработке, что значительно снижает качество добываемого сырья, увеличивается зольность угольного топлива, или, наоборот, осуществляется выемка и транспортировка угольных пластов малой мощности в отвал вместе с породным прослоем (вскрышей).

За рубежом, в странах СНГ и России при разработке пластовых месторождений широко используется безвзрывная технология на базе оборудования непрерывного действия (роторно-конвейер-ные комплексы), а также в последние годы находит применение новое оборудование - комбайны послойного фрезерования Вирген, УЛ8М и КСМ. Эти машины имеют высокое усилие резания, что позволяет разрабатывать породы с пределом прочности на сжатие до 100 МПа без предварительной буровзрывной подготовки. При одной и той же расчетной производительности масса машин типа КСМ меньше экскаватора ЭКГ в 4-6 раз, а усилие резания в 5-6 раз выше, чем у роторного экскаватора [2].

Перспективы открытой угледобычи в Якутии в основном связаны с освоением Эльгинского месторождения, где сосредоточено более 3,75 млрд. т коксующихся и энергетических углей, из которых более 50% пригодны для открытой добычи. Предполагается строительство разреза проектной мощностью до 30 млн. т угля в год.

Учитывая экономические показатели, а также большое значение, придаваемое в последнее время экологической составляющей производства горных работ, особенно в условиях Севера, становится актуальным рассмотрение новых технологических решений разработки этого месторождения в части применения технологий и оборудования.

Оценка возможности применения такого оборудования в специфических климатических и горнотехнических условиях угольных месторождений Якутии является своевременной и актуальной задачей.

Таблица 1

Техническая характеристика машины типа КСМ-2000Р

Показатели

Расчетная номинальная производительность в рыхлой массе, м3/ч 2000

Расчетная техническая производительность по плотной массе, м3/ч 1400

Ширина захвата (полосы), м 7,0

Диаметр рабочего органа, м 4,8

Наибольшая высота отрабатываемого слоя, м 3,0

Мощность привода рабочего органа, кВт 1100

Скорость хода при расчетной производительности, м/ мин 1,3

Масса машины 520

Удельная энерговооруженность (при расчетной 0,79

производительности) кВт ч/м3

Испытания на разрезе «Талдинский» машины КСМ-2000Р показали, что эта техника универсальна, хорошо приспособлена к различным горнотехническим условиям и может эффективно применяться для производства вскрышных работ (табл.1), при этом производить селективную разработку сложноструктурных залежей. Расчетная годовая производительность КСМ-2000Р при номинальных параметрах забоя и расчетной технической производительности 1400 м3/ч составляет 4,4 млн. м3 при автомобильном и 5,0 млн. м3 при конвейерном транспорте [3].

Результаты испытаний КСМ-2000Р на разрезе Талдинский [4] показали, что целесообразный интервал применения машины охватывает различные литологические разности пород с пределом прочности на сжатие до 70-80 МПа, даже при наличии в разрабатываемом массиве породных прослоев с пределом прочности при сжатии до 120 МПа.

Горно-геологические условия Эльгинского месторождения являются достаточно выдержанными и подходят для крупномасштабных открытых горных работ. Углевмещающая толща суммарной мощностью около 200 м содержит 22 угольных пласта рабочей мощности. К мощным отнесены четыре угольных пласта средней мощностью от 4,8 до 9,9 м, содержащие около 90% запасов угля месторождения. Пласты угля имеют пологое 2-50 залегание (табл. 2).

Вскрышные породы делятся на два типа: рыхлые четвертичные отложения и коренные, отнесенные к полускальным средней крепости.

Таблица 2

Физико-механические и деформационные свойства углей Эльгинского месторождения

Плотность, кг/м3 Предел прочности, МПа Коэфф. хрупкости Коэфф. крепости по Прото-дьяконову

на одноосное сжатие на растяжение

1,35 3,8 0,3 12,6 1,1

Таблица 3

Показатели физико-механических и деформационных свойств коренных пород Эльгинского месторождения

Породы % участия пород в разрезе Прочность на сжатие осж, МПа Прочность на растяж. О, МПа Коэфф. хрупкости Коэфф. крепости

Ундытканская свита

Конгломераты 5,6 41,8 8,0 4,6 2-10

Гравелиты 2,0 60,3 8,4 8,6 5-9

Песчаники кз 18,4 66,6 8,5 6,5 3-9

Песчаники сз 30,9 75,7 9,1 8,9 3-13

Песчаники мз 20,8 77,9 9,1 9,7 4-13

Алевролиты 11,5 60,2 6,7 10,0 1-13

Нерюнгриканская свита

Песчаники кз 10,3 45,1 6,7 6,5 3-8

Песчаники сз 18,9 59,6 7,7 8,9 3-11

Песчаники мз 26,4 72,1 7,4 9,7 3-13

Алевролиты Нет данных 49,3 5,3 9,3 3-8

Анализ физико-механических свойств пород показал, что отложения ундытканской свиты имеют большую объемную массу, обладают большей прочностью по сравнению с нижележащими отложениями нерюнгриканской свиты. Из всех пород наименьшую прочность имеют конгломераты, затем алевролиты, песчаники крупнозернистые, песчаники среднезернистые, а наибольшей прочностью обладают песчаники мелкозернистые (табл. 3).

В настоящее время отработка угольных пластов большинства месторождений ввиду невозможности традиционной горной техники обеспечить селективную разработку приводит к тому, что про-пластки с низким содержанием полезного компонента или вообще пустые породы включаются в полезную толщу, снижая этим качество добываемого сырья. На многих разрезах тонкие угольные пласты мощностью менее 1 м удаляются в отвалы вместе с вмещающими вскрышными породами, а прослои пустых пород с такой же мощностью включаются в отработку угольного пласта (валовая выемка), что обусловлено ограниченными возможностями применяемого оборудования для раздельной (селективной) выемки.

Перспективным в плане селективной разработки месторождения является применение поточной технологии на базе роторно-конвейерных комплексов и погрузочно-выемочных машин (комбайнов).

Исследование возможности применения роторных экскаваторов на Эльгинском месторождении показывает, что лимитирующими факторами их применения являются мощность угольных пластов и толщина внутриугольных прослоев. При большой их мощности они могут разрабатывать-

ся только после предварительной подготовки [5].

На основе анализа геологического строения пластов наиболее перспективными к отработке роторными экскаваторами являются пласты У У Н15, Н16 со средней мощностью 4,9-9,8 м. Разработка этих пластов рассматривается валовым способом при содержании породных прослоев в угольных пластах: У4 - 12,4%, У5 - 13,5%, Н15 -13,9% и Н16 - 4,9%. При этом конечно валовый способ разработки способствует загрязнению угля.

Область применения роторных экскаваторов по остальным угольным пластам, предназначенным к открытой разработке, ограничена их малой мощностью. Ряд сближенных пластов У14, У13, У12 общей мощностью 12 м не может разрабатываться роторными экскаваторами, так как между этими пластами есть породные прослои от 1,2 до 6 м повышенной крепости (1=4-8 по Протодьяконо-ву).

Применение роторных экскаваторов только на угольных пластах У14, У13, У12 при их небольшой (до 4,5 м) мощности с использованием для разработки породных прослоев другого оборудования экономически нецелесообразно.

В данных условиях необходимо рассмотреть также перспективы и возможность использования при эксплуатации Эльгинского месторождения выемочно-погрузочных машин (карьерных комбайнов) нового поколения типа УЛБМ, ^БМ, КБМ в схемах тонкослоевой выемки. Применение выемочно погрузочных машин в настоящее время широко апробировано за рубежом, в СНГ и России [2].

Высокопроизводительная техника - роторные экскаваторы и комбайны типа КСМ-2000Р в комплексе с конвейерным или автомобильным транспортом могут найти применение на данном месторождении. Применение такого оборудования позволит:

- существенно снизить негативное воздействие горного производства на окружающую среду за счет исключения БВР;

- обеспечить селективную выемку полезного ископаемого и уменьшить засоренность угля;

- значительно повысить производительность труда и снизить энергоемкость добычи полезного ископаемого;

- снизить потребности в производственном и обслуживающем персонале.

При этом вскрышные и добычные работы осуществляются едиными комплексами механизации, что значительно упрощает организацию работ. Весьма важными являются также вопросы чистоты и полноты выемки полезных ископаемых из недр и минимизации воздействия на окружающую среду.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ОТБИТОЙ РУДЫ

Литература

1. Схема комплексного развития производительных сил, транспорта и энергетики Республики Саха (Якутия) до 2020 года. Сводный том. - 2006. - С.153-154.

2. Мировая горная промышленность. История. Достижения. Производство/ М.Н.Т.Ц. - М.: Горное дело, 2005. - 520 с.

3. Коваленко С.К., Шендеров А.И., Штейнцайг Р.М. Совершенствование технологических процессов горного производства на угольном разрезе «Талдинский»// Уголь. - 1997. - №1. - С. 17-20.

4. Краснянский Г.Л., Штейнцайг Р.М., Рудольф В., Коваленко С.К. Опыт создания и перспективы освоения в горнодобывающей промышленности машин нового поколения КСМ-2000РМ//Уголь. - 1998. - №4. -С. 16-21.

5. Ермаков С.А., Бураков А.М. К вопросу применения роторных экскаваторов для отработки угольных пластов Эльгинского месторождения // Уголь. - 1998. -№2. - С. 34-36.

УДК 622.45:536.244

Математическое моделирование темиературно-влажностного режима блока отбитой руды рудников Севера

М.В. Каймонов, Ю.А. Хохолов

Приведена система дифференциальных уравнений тепло- и массопереноса в блоке отбитой много-летнемерзлой руды с учетом процесса накопления влаги в его пустотах. Приводятся методика и алгоритм решения нелинейной задачи определения температурного поля блока отбитой руды с учетом фазовых переходов влаги (пар-вода-лед). Представлены результаты математического моделирования теплового взаимодействия отбитой мерзлой руды с рудничным воздухом с учетом конденсации влаги.

Ключевые слова: смерзание, конденсация, многолетнемёрзлые горные породы.

Presented is a set of differential equations of heat- and mass-transfer in a block ofperennially frozen broken ore considering the process of moisture accumulation in its pores. Given also are a method and an algorithm of solving a non-linear problem for determining the temperature field of a broken ore block considering water phase transformations (vapor-water-ice). The results of mathematical simulation of thermal interaction of the broken freezing ore with humidity ore air in terms of moisture condensation have been shown.

Key words: regelation, condensation, freezing permafrost.

Введение

Как известно, при разработке полезных ископаемых в зоне распространения многолетней мерзлоты нередки случаи смерзания отбитой руды в очистных блоках рудников, а так же при её транспортировке. Такие явления. усложняющие работу предприятий, неоднократно наблюдались на рудниках «Матросова», «Валькумей», «Иультин», «Сарылах», «Айхал», горных предприятиях ПО «Апатит» и ПО «Печенганикель», а так же рудниках Северного Урала. Разрыхление смёрзшихся в монолит горных пород требует значительных трудовых затрат и усложняет работу предприятий.

Одной из причин вторичного смерзания отбитой мёрзлой горной массы является то, что в образовавшийся навал (в пустоты между мерзлыми

КАЙМОНОВ Михаил Васильевич - к.т.н., н.с. ИГДС СО РАН, 8(4112)39-00-65, gtf@igds.ysn.ru; ХОХОЛОВ Юрий Аркадьевич - д.т.н., в.н.с. ИГДС СО РАН, 8(4112)39-00-68, khokholov@igds.ysn.ru.

кусками) проникает извне влага в виде воды или пара, которая замерзает за счет аккумулированного в них холода, превращая, таким образом, отбитую горную массу в смерзшийся монолит, сопоставимый с прочностью бетона низких марок. Смерзание происходит уже при весовой влажности 3-5% и прочность смёрзшейся отбитой породы может достигать при этом 0,5-1,5 МПа, а при полном заполнении пустот взорванной породы льдом - 10-20 МПа [1].

При фильтрации рудничного воздуха через блок отбитой руды происходит конденсация влаги на поверхности кусков горных пород. Интенсивность этого процесса определяется в основном разностью температур воздуха и кусков пород, а при знакопеременных температурах льдообразование идёт с высокой скоростью. При отрицательной температуре сконденсированная на поверхности отдельных кусков влага может превратиться в лед, который заполняет все пустоты, что служит одной