Методические основы определения параметров технологии вскрышных работ с формированием внешних отвалов драглайнами

УДК 629.1

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ С ФОРМИРОВАНИЕМ ВНЕШНИХ ОТВАЛОВ ДРАГЛАЙНАМИ

а

© Ф.В. Дудинский1

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрены процессы выемки и отвалообразования пород во внешние отвалы шагающими драглайнами. Для схем с последовательной перевалкой пород во внешние отвалы получены зависимости коэффициента переэкскавации от ширины вскрышной полосы и ширины заходки драглайна. Предложены методические решения, включающие определенную последовательность расчета параметров технологии вскрышных работ и элементов схемы.

Ил. 4. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: россыпь; вскрышные работы; технологическая схема; ширина заходки; коэффициент переэкскавации; отвалообразование.

METHODOLOGICAL BASES TO DETERMINE TECHNOLOGY PARAMETERS OF STRIPPING OPERATIONS WITH DRAGLINES FORMING EXTERNAL DUMPS F.V. Dudinsky

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article deals with the processes of rock excavation and external dumping performed by walking draglines. The dependences of the over-excavation coefficient on the overburden strip width and the dragline stope width have been obtained for the flowsheets with successive course stacking into the external dumps. The article proposes methodological solutions that include a certain sequence in calculation of the parameters of stripping technology and flowsheet elements. 4 figures. 4 sources.

Key words: placer; stripping operations; process flowsheet; stope width; over-excavation coefficient; dumping.

При производстве вскрышных работ драглайнами выделяют две группы технологических схем - простые и усложненные. При простых схемах разрабатываемые породы укладываются в конечные отвалы за контуром россыпи или в выработанное пространство без их перевалки. В усложненных схемах разрабатываемые породы первоначально укладываются во временные (промежуточные) отвалы, затем перемещаются в групповые (конечные) отвалы на борта карьера. При работе продольными заходками (ходами) с внешним отвалообразованием месторождение делится на продольные полосы. При значительной мощности наносов вскрышные породы разделяют на уступы, верхний отрабатывается драглайном с внешним отвалообра-

зованием, нижний - по транспортной схеме [1]. Эффективность бестранспортных и комбинированных технологий достаточно высока и они конкурентоспособны по отношению к транспортным (рис. 1). Технологические схемы вскрышных работ отражают выемку пород в заходке и последовательность перемещения пород из промежуточных отвалов драглайном в конечное положение (групповой отвал). Для условий внешнего бестранспортного отвалообразова-ния по способу формирования группового отвала можно выделить две группы схем - с отсыпкой отвалов в один ярус и поярусным формированием отвалов. Способы разработки вскрышного уступа и отвалообразование построены на следующих принципах:

Глубина разработки, м — — — Транспортная ^^^^ Бестранспортная

...... Комбинированная

Рис. 1. Изменение прибыли от глубины разработки россыпи

1Дудинский Федор Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952) 405104.

Dudinsky Fedor, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Exploitation of Mineral Deposits, tel.: (3952) 405104.

- Вынимаемые породы вскрышной заходки отсыпают в промежуточный отвал ограниченной высоты, а затем перемещают на отвальное поле в конечное положение. Экскаватор устанавливают на поверхности месторождения или отвального поля.

- Вынимаемую породу вскрышной заходки отсыпают в промежуточный отвал, а затем перемещают на отвальное поле в конечное положение. Если для формирования промежуточного отвала не хватает высоты разгрузки, то изменяют горизонт установки экскаватора путем отсыпки предотвалов или переходят на отсыпку отвалов трапецеидального сечения.

- Вынимаемую породу вскрышной заходки отсыпают в промежуточный отвал, а затем перемещают на отвальное поле в конечное положение. Формирование группового отвала осуществляется поярусно. Экскаватор устанавливают как на поверхности месторождения, так и на отвалах первого яруса.

Основные особенности вскрышных работ драглайнами с размещением отвалов вскрыши за контуром карьера:

- большое многообразие технологических схем вскрышных работ в пределах даже одного месторождения из-за невыдержанности параметров вскрыши по ширине, глубине залегания, пораженности мерзлотой, валунистости и т.д.;

- необходимость размещения пород вскрыши во внешние отвалы за пределами промышленного контура карьера по обеим сторонам долины приводит к многократным перевалкам пород отвалов;

- применение в некоторых случаях подводной выемки пород;

- работа (установка) экскаваторов, как правило, на рабочих площадках, сложенных слабоустойчивыми породами;

- частые передвижки драглайна и значительная протяженность трасс шагания из-за многократных перевалок.

Условия применения бестранспортных технологий вскрышных работ определяются горнотехническими параметрами месторождений и характеристиками разрабатываемых пород. Практика разработки мощных наносов показывает, что эффективность бестранспортных технологий определяется мощностью вскрыши до 30-35 м.

Наибольшее распространение получили схемы с отсыпкой отвалов в один ярус с разработкой вскрышного уступа продольными заходками на всю мощность. При этом используется продольное отвалооб-разование без переэкскавации или с последователь-

ной перевалкой пород отвалов. Применение схем с отсыпкой отвалов в один ярус определяется высотой разгрузки драглайна и кратностью перевалок. Как правило, отрабатывается вскрыша мощностью от 7до 25 м. Для исключения объема переэкскавации на средних по ширине месторождениях используют внешнее продольное отвалообразование с последовательной перевалкой и предотвалом в пределах или за границей промышленного контура.

Анализ результатов графических построений технологических схем вскрышных работ (отвалообразо-вание внешнее, продольное, с последовательной перевалкой) для полос вскрыши различной ширины в и мощности Я показывает, что между коэффициентом

переэкскавации Кп и шириной экскаваторной заходки

а существует взаимосвязь (рис. 2).

Характер взаимосвязи определяется конструкцией технологической схемы и параметрами элементов схемы, такими как: радиус разгрузки, рабочий и (фактический) радиус черпания в заходке, расстояние от нижней бровки отвала до верхней бровки уступа, место размещения оси хода драглайна по отношению к верхней бровке уступа, а также форма отсыпаемого промежуточного отвала (треугольного или трапецеидального сечения). Например, в схемах рис. 2 (кривые в =200 м Я =35 м и в =158 м Я =30 м) при

ширине заходки больше максимально возможной, из условия размещения промежуточного отвала треугольного сечения, используется переход на трапецеидальную отсыпку промежуточных отвалов. Для схем с последовательной перевалкой отвалов управление радиусом черпания в заходке позволяет получать различное значение коэффициента переэкскавации.

Из графиков рис.1 также можно сделать вывод, что изменение объемов переэкскавации торфов достигается за счет управления шириной заходки, в данном случае в сторону ее увеличения.

В бестранспортных схемах выемка пород при отработке полосы вскрыши заходками выполняется в основном двумя способами:

- Отработка заходки торцевым забоем. В этом случае ось хода драглайна располагается внутри заходки. Промежуточный вскрышной отвал от разработки пород заходки размещается на поверхности отрабатываемого блока.

Ширина заходки, м

—В=200м Ну=35 м — М— В=158м Ну=30м > В=120м Ну= 20м X В=290м Ну=15м

Рис. 2. Зависимость коэффициента переэкскавации от ширины заходки ЭШ 20.90 в технологических схемах с

последовательной перевалкой промежуточных отвалов

- Отработка заходки продольным забоем. При этом способе экскавации ось хода драглайна располагается за пределами верхней бровки уступа.

Сечение отсыпаемого промежуточного отвала может быть треугольной или трапециевидной формы. При конструировании схемы в зависимости от поставленной цели ее параметры частично могут быть задаваемыми или расчетными.

При работе торцевым забоем при максимально высоком устойчивом промежуточном отвале треугольного сечения максимальная по ширине заходка

А = Я, + Яр-Ну^ау-К-Н0^а0,

где Яч - рабочий (фактический) радиус черпания, м;

Я - радиус разгрузки экскаватора, м; Н - высота

уступа (мощность вскрыши), м; а - устойчивый угол

откоса уступа или наклона борта карьера, град; К -расстояние от нижней бровки отвала до верхней бровки уступа, м; Но- высота отвала, м; ао - угол откоса

отвала, град.

При этом максимальная по ширине заходка должна удовлетворять условию А < х + Як, где Ячк -конструктивный радиус черпания драглайна, м; х -расстояние от верхней бровки уступа до оси хода драглайна, м.

При работе драглайна продольным забоем максимально широкая заходка

А = Кк - Х-Нус^ау . После расчета ширины заходки определяется высота отвала Нс = ^НуА Кр1(£ао и контроль

Но < Ноу, Но < Нр, А < Ячк + х, где Ноу -допустимая по условиям устойчивости высота отвала, м. Если Но — Ноу — Нр' то делается пересчет заходки или переход на отсыпку трапециевидного отвала.

Также ширина вскрышной заходки без переэкскавации может рассчитываться по выражениям [2] и [3]:

А < (Я, + Яр) - (Н, + аб + Нр),

где И - мощность вынимаемого слоя пустых пород,

м; аб - расстояние от оси хода экскаватора до верхней бровки уступа, м.

Н2К + 2НЯ -КН„

А =

в р

р р

КН + Н

в р

где К - коэффициент разрыхления породы в отвале;

Нв - мощность торфов, м.

До начала расчета параметров экскавации и отва-лообразования определяется количество заходок и их распределение для выемки и отвалообразования на площадке, примыкающей к бортам карьера.

Решение задачи разделения поперечного контура карьера на полосы можно выполнить методом упорядоченного поиска, основывающегося на решении задач с логической достоверностью. При четном количестве заходок для достижения минимума объемов переэкскавации на противоположных сторонах карьера размещается равное количество пород вскрышных заходок и, следовательно, контур карьера в плане делится на две равные по ширине полосы. Промежуточные отвалы пород от разработки нечетного количества вскрышных заходок могут быть размещены в групповые отвалы в равном количестве плюс один отвал на кровле вскрышного уступа, образующего борт карьера. В этом случае при решении задачи нужно только определить, сколько промежуточных отвалов и на какие площадки (условно левую или правую), примыкающие к противоположным бортам карьера, нужно размещать. Это диктуется уклоном поверхности отвальной площадки и мощностью вскрыши, если она значительно изменяется. Тогда предварительно точка деления контура карьера по ширине может устанавливаться по наименьшему значению интегрального коэффициента переэкскавации в технологической схеме при принятом направлении перевалки промежуточных отвалов (рис. 3).

После расчета выполняется корректировка ширины каждой заходки и положение границы деления контура карьера по ширине на полосы. Если все заходки не могут быть максимальными, то дальние от контура карьера заходки устанавливаются меньшей ширины, а ширина первой заходки определится как разница от ширины вскрышной полосы и суммы предыдущих за-ходок. Параметры прибортовой заходки могут определяться из условия отсыпки отвала в конечное положение без переэкскавации.

У

\

ч X

7

Ширина контура карьера, м ♦ Кп Правый борт ИКп Левый борт АИнтегральное значение Кп

Рис. 3. Изменение коэффициента переэкскавации в зависимости от ширины контура карьера

Далее разрабатывается технологическая схема вскрышных работ (рис. 4) и определяются ее остальные параметры. Основные принципы расчета параметров технологических схем сводятся к решению задач по определению площадей сечений вскрышных заходок, отвалов, мест установки экскаватора, длины пути при перемещении экскаваторов и количества ходов. В качестве критериев оптимальности используются минимальный коэффициент переэкскавации, максимальная производительность и наименьшая себестоимость вскрышных работ.

При расчете параметров технологических схем вскрышных работ с внешним отвалообразованием применяются различные методики, которые по общим признакам можно разбить на две группы:

- основанные на определении параметров внешнего отвала и расчете параметров работ (координат места установки драглайна, ширины заходки) в обратном порядке от точки отсыпки отвалов, затем параметры заходок в направлении от прибортовой к первой с заданием ряда условий, например по количеству заходок, отрабатываемых без переэкскавации;

- базирующиеся на установлении параметров заходок, их количества и последующего расчета осей ходов, углов поворотов, размеров отвалов и т.д.

Количество ходов драглайна, необходимое для размещения торфов от выемки пород заходки n в групповой отвал:

n = п / г,

где П- расстояние перемещения пород заходки в отвал, м; z - шаг перемещения промежуточных отвалов в пределах карьерного и отвального полей при переэкскавации (расстояние между осями хода экскаватора), м.

При отработке первой заходки расстояние перемещения П определяется из выражения

П = Dn - Кч - Яр - И0^а0,

где Оп- размер карьера и отвального поля в поперечном сечении, м.

Для последующих заходок Пп вычисляется по формуле

Пп = Пп-1 -у ( шо1 + Л,),

1=2

где Шы - шаг отвалообразования I -ой заходки (расстояние между гребнями промежуточных отвалов в групповом), м.

При отвалообразовании возможны случаи, когда промежуточные отвалы не сразу размещаются в границах отвального поля. При построении технологической схемы и в расчетах это можно скорректировать управлением радиуса разгрузки при переэкскавации пород первой заходки в конечный отвал или радиусом черпания, т.е. размещением оси экскаватора в заход-ке. Если управление параметрами черапания или разгрузки невозможно, то определяется объем (сечение) перевалки части отвала

V = Ь Н -0,251} га ,

пер пер о ' пер £> о?

где Ь - часть основания отвала, подлежащая перевалке, м.

Эффективность технологической схемы оценивается коэффициентом переэкскавации КП для схем с

последовательной перевалкой промежуточных отвалов:

К„ =-

V,

где V, - соответственно объемы отвалов от

первой, второй, ¡-ой заходок, м3; Ув - суммарный объем торфов, м3; N  N - количество ходов драглайна для перемещения пород каждой заходки в конечный отвал, шт.

Производительность драглайна целесообразно определять во взаимосвязи с технологической схемой вскрышных работ. В общем случае на производительность горной машины влияют природные условия, технологические и организационные решения.

Наибольшее воздействие на техническую производительность шагающих драглайнов оказывают природные и технологические группы факторов. К технологическим характеристикам схемы можно отнести: параметры вскрышного и отвального забоев, ширину отвальной площадки, координату точки установки экскаватора, условия экскавации (верхнее или нижнее черпание), шаг передвижки и углы поворота драглайна, качество подготовки пород забоя и т.д. Влияние этих показателей на работу экскаватора будет проявляться через время его чистой работы.

При перевалке отвалов верхним черпанием необходимо учитывать ряд особенностей: уменьшение наполнения ковша в гребневой и краевых частях отвала, увеличение времени черпания для наполнения ковша, переменный угол площадки, на которой производится загрузка ковша, увеличение объема «натяга», уборка которого влияет на время простоев экскаватора, и другие отличия от нижнего черпания. Поэтому эксплуатационную производительность драглайна по горной массе целесообразно определять как сумму объемов вскрыши и переэкскавации. Техническая производительность определяется с учетом условий отработки заходки, отражаемых через коэффициент влияния технологии выемки, который определяется как отношение времени основной работы (выемочно-погрузочных операций) в пределах забойного блока к продолжительности вспомогательных операций экскаватора при его отработке [4]. В схемах с перевалкой отвалов факторы, отражающие характер работы драглайна, можно разделить между технологическими и организационными группами, отнеся к технологическим время основной работы и время вспомогательных операций экскаватора при отработке забойного блока. В этом случае коэффициент влияния технологии Квт горных работ для технологической схемы

К 2тч

ВТ ут +ут +Ут '

У тч + у Т прн + у Т прт

где Тч - время чистой работы экскаватора, ч; Тпрн Тг

прт - соответственно время простоев, не зависящее от конструкции технологической схемы и технологических простоев, ч.

Время простоев Тш,н включает в себя простои,

связанные с отработкой забоя и шагом передвижки экскаватора. Например, уборка «натяга», подготовка экскаватора к передвижке и работе после передвижки (в основном зависят от конструкции механизма шагания), подготовка места рабочей стоянки экскаватора,

лов первого яруса, необходимо учитывать время подготовки трасс шагания и подъема драглайна на (отвал) предотвал.

Анализ изменения коэффициента влияния технологии показал, что его наибольшие численные значения соответствуют технологическим схемам без переэкскавации. Из параметров технологической схемы

в большей степени на Кш оказывает влияние величина шага передвижки драглайна, количество ходов, подъемов и спусков с предотвального и отвального ярусов.

Рис. 4. Схема к расчету параметров вскрышных работ при последовательной отсыпке отвалов драглайном в один ярус во внешние отвалы

подсыпка и планировка трассы шагания ковшом, дренажные канавки, перенос кабеля, простои из-за работы бульдозера в радиусе черпания и т.д. Технологические простои Тпрг зависят от организации работы и

учитывают время перехода на новую стоянку и следующую ось хода, переключение драглайна к ячейке и др. При технологических схемах, предусматривающих на переэкскавации применение предотвалов и отва-

Рассмотренный методический подход обоснования параметров технологии вскрышных работ при внешнем бестранспортном отвалообразовании драглайнами наряду с графическими построениями позволяет определить большую часть значений параметров схемы расчетом, обосновать конструкцию схемы и в итоге уменьшить затраты времени на поиск рационального решения, например, на стадии технико-экономического обоснования.

Библиографический список

1. Дудинский Ф.В., Нечаев К.Б Основные технологии разработки глубокозалегающих, ограниченных по запасам россыпей открытым способом // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2010. № 5. С.33-40.

2. Лешков В.Г. Разработка россыпных месторождений: учебник для вузов. М.: Изд-во «Горная книга», Изд-во Моск. гос.

горного ун-та, 2007. 906 с.

3. Лысков В.М., Костромитинов К.Н. Оценка освоения месторождений золота. Иркутск: Изд-во БГУЭП, 2004. 396 с.

4. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. М.: Недра, 1978. 541 с.

и