Целесообразная технология открытой разработки месторождений с применением автотранспорта

- © Б.Р. Ракишев, С.К. Молдабаев, 2014

УДК 622.271

Б.Р. Ракишев, С.К. Молдабаев

целесообразная технология открытой разработки месторождений с применением автотранспорта

Соразмерное развитие горных работ на всех уступах рабочей зоны при применении экскаваторно-автомобильных комплексов достигается при переходе на технологию отработки уступов поперечными панелями по двухподуступной схеме с изменяющимися уровнями рабочих площадок. В глубоких карьерах реализация этой технологии позволит снизить текущие объемы выемки вскрышных пород на 10-15% и более, увеличить вскрытые запасы полезного ископаемого до 20-50%, уменьшить объемы горно-капитальных работ на сооружение вскрывающих выработок в 2-4 раза и обеспечит эффективное применение мощных экскаваторно-автомобильных комплексов.

Ключевые слова: рабочая зона, уступ, поперечные панели, двухподуступная схема, экскаваторно-автомобильные комплексы.

Конкурентоспособность горных предприятий в основном обеспечивается при больших объемах добычи полезного ископаемого. Высокопроизводительная их работа достигается при открытом способе разработки месторождений. Поэтому расширение границ эффективного применения открытого способа разработки до глубин порядка 800-1000 и более метров с минимальным нарушением земель является одной из ключевых проблем горных наук и практики.

Выполненные ранее исследования в данной области [1, 2] базировались в основном на оптимизации рабочей зоны и на том, как наиболее эффективно работать в уже сложившихся условиях. В работе [3] установлены взаимосвязи между производительностью экскаваторно-автомобильно-го комплекса (ЭАК) и конструкцией рабочего борта карьера с большой высотой рабочей зоны в условиях недостатка готовых к выемке запасов горной массы. Авторами предложена методика обоснования конструкции рабочего борта глубоких карьеров, обеспечивающая на основе учета рас-

пределения активных и пассивных запасов горной массы наиболее эффективное использование ЭАК.

Однако производительность ЭАК зависит не только от наличия готовых к выемке запасов горной массы, но и от соразмерного развития горных работ на смежных уступах, безопасных условий эксплуатации автосамосвалов, времени их обмена при погрузке, качества дробления горных пород и т.д. С понижением горных работ сокращается длина добычного фронта работ. Поэтому изыскание технологических приемов поддержания производственной мощности является по-прежнему актуальной проблемой открытых горных работ.

В дальнем зарубежье на крупных карьерах 77% объемов горных работ выполняется экскаваторно-автомобиль-ными комплексами. При этом акцент делается на применении мощных мех-лопат и большегрузных автосамосвалов. Повышение производительности ЭАК существенно снижает эксплуатационные затраты. Однако на некоторых карьерах ширина автодорог достигает 35-40 м, что через увеличение

ширины рабочих площадок снижает эффективность горных работ. Поэтому через изыскание приемов эффективного применения мощных ЭАК в работе совместно решаются задачи по обоснованию резервов повышения производительности рудных карьеров.

При применении мощных ЭАК предпочтительно переходить на отработку уступов поперечными панелями [4, 5]. Примером успешной реализации такой технологии являются карьеры рудника Escondida в Чили. Они являются крупнейшими в мире по производству меди (более 9-10%). Производительность рудника составляет 135 тыс. т руды в сутки или 47,3 млн т руды в год [6].

В связи с этим в работе рассмотрены следующие технологии отработки уступов ЭАК на рудных карьерах:

• продольными панелями при минимальной ширине рабочих площадок с учетом резервного блока-панели (рис. 1);

• поперечными панелями несколькими рассредоточенными по фронту уступа экскаваторами (рис. 2);

• совместная совмещенная отработка смежных уступов поперечными панелями (рис. 3) с оставлением между ними транспортных берм. Подвариант такой технологии применяется на карьерах рудника Escondida;

• предлагаемая двухподуступная схема поперечными панелями с изменяющимися уровнями рабочих площадок с оставлением между подуступа-ми и устами предохранительных берм (рис. 4).

Рис. 1. технология отработки уступов продольными блоками панелей

Рис. 2. технология отработки уступов поперечными блоками панелей: 1 - экскаватор-мехлопата; 2 - автосамосвал; 3 - буровой станок

Текущие объемы вскрыши зависят от угла откоса рабочей зоны. На нижних уступах расчетная ширина рабочей площадки в крепких породах должна составлять 75-80 м. Если ширину рабочей площадки с учетом резервного блока панели принять равной 80 м, то для четырех уступов высотой 15 м при отработке их продольными блоками панелями нормальной ширины угол откоса рабочей зоны составит 16,70. При отработ-

Технология совместной совмещенной отработки смежных уступов поперечными панелями

-75 I

I

В

-сн-

Рис. 4. Технология двухподуступной схемы отработки уступов поперечными панелями (блоками панелей) с изменяющимися уровнями рабочих площадок: 1 - экскаватор-мехлопата; 2 - автосамосвал; 3 -буровой станок

ке этих четырех уступов поперечными панелями (80 м) с оставлением между ними транспортных берм шириной 30 м (для большегрузных автосамосвалов) угол откоса рабочей зоны уменьшится до 9,70 (меньше на 41,9%). Ширина рабочей площадки

при этом увеличится до 190 м (в 2,4 раза).

При совмещенной сдвоенной отработке смежных уступов с оставлением между ними транспортных берм ширина рабочей площадки через два уступа сократится до 110 м. Это позволит для четырех уступов увеличить угол откоса рабочей зоны до 17,50. Еще большего увеличения угла откоса рабочей зоны можно достигнуть по предлагаемой двух-подуступной схеме отработки высоких уступов (по 30 м) с оставлением между подуступами предохранительных берм (5 м), а между уступами только транспортных берм для текущего обслуживания экскаваторов (до 15 м) не технологическим автотранспортом. Угол откоса рабочей зоны при той же глубине (60 м) достигнет 25,60. По сравнению с отработкой уступов продольными блоками панелями больше на 8,90 (53,3%), а относительно сдвоенной совмещенной отработки смежных уступов больше на 8,10 (46,3%).

Изменение угла откоса рабочей зоны с глубиной без учета ее вписывания в промежуточный или конечный контур карьера приведено на рис. 5.

До сих пор одной из глобальных проблем остается затруднение в обеспечении соразмерного развития горных работ не только между смежными уступами, но и всех уступов рабочей зоны на постоянной основе. Такая постановка вопроса осуществляется впервые и достига-

—св-

-90

ется соразмерное развитие горных работ на всех уступах рабочей зоны обеспечением изменяющихся уровней рабочих площадок. Каждый уступ рабочей зоны разделяется на два по-дуступа (рис. 4). Поначалу одновременно отрабатываются все верхние подуступы, а затем нижние подусту-пы. Это позволяет между смежными подуступами временно приостанавливать горные работы и добиваться их безопасной отработки широкими панелями при увеличении высоты уступов в 2-3 раза. При отработке верхних подуступов в торцах карьера сооружаются временные вскрывающие выработки, что значительно снижает объемы горно-капитальных работ.

На разработанную технологию получено положительное решение о выдаче инновационного патента на изобретение РК. Комплектация ЭАК в зависимости от интенсивности развития горных работ при различной длине панелей укрупнено производится по графику рис. 6. Анализ ее показывает, что при большой мощности карьеров (скорости подвигания фронта работ более 150-200 м) следует переходить на применение мощных ЭАК. При длине панели более 1000-1500 м рекомендуется двух-блочная отработка панелей. Увеличение угла откоса рабочей зоны позволяет снизить значения текущих объемов вскрышных работ. Поэтому при применении мощных ЭАК достаточно вести горные работы высокими уступами с последовательной отработкой их подуступами с применением только одного экскаватора.

Предлагаемая технология отработки высоких уступов широкими панелями по двухподуступной схеме с изменяющимися уровнями рабочих площадок и сооружением временных вскрывающих выработок в торцах карьера позволит через увеличение угла откоса рабочей зоны значительно

Рис. 6. изменение интенсивности горных работ при применении технологии с изменяющимися уровнями рабочих площадок в зависимости от длины панели и типов мехлопат: 1 - высота уступов 20 м и подуступов 10 м; 2 - высота уступов 30 м и подуступов 15 м; 3 - высота уступов 40 м и подуступов 20 м

1 к?

1

I §

I

X 4

1_" -

2Г 2 . ----- -----

/

120 ПО Ш 1.80 Глубина карьера »

Рис. 5. график зависимости угла откоса рабочей зоны от глубины разработки исследуемых вариантов технологии отработки уступов: 1 - продольными блоками панели; 2 - поперечными блоками панели; 3 - совместная совмещенная отработка смежных уступов поперечными панелями (блоками панелей); 4 - двухподуступная схема отработки уступов поперечными панелями (блоками панелей) с изменяющимися уровнями рабочих площадок

•220 \-200

l.too

ü -Л7 1.10 1.20 lo

Q -20

I SO

D-Ш

I-120

П -»¿7 \-№0 \1-W0

I -200 Q -220

1 -240

Рис. 7. К методу конструирования рабочей зоны по этапам отработки с обеспечением постоянных вскрытых запасов руды: 1 - залежь полезного ископаемого; 2 - линии откоса бортов карьера в предельном положении; 3 - контур разрезной траншеи; 4 - положения рабочих бортов по этапам отработки; 5 - базисная точка привязки; б - базисный контур; 7 - опорная точка привязки; 8 - опорный блок; 9 - опорные контуры; 10 - бермы безопасности; 11 - контуры этапов отработки; I, II, III, IV, V, VI - этапы отработки

снизить текущие объемы вскрышных работ и объемы горно-капитальных работ на сооружение вскрывающих выработок в рабочей зоне.

Разработан метод конструирования рабочей зоны по реализации инновационной технологии ведения горных работ на наклонных и крутых месторождениях, особенностью которого является построение контуров рабочих бортов в динамике развития горных работ в глубину нахождением базисного и опорных контуров, обеспечивающих оптимальную ориентацию блоков-панелей в пределах карьерного поля на определенном этапе отработки (рис. 7). Для этого предложен следующий принцип нахождения базисных и опорных точек. После достижения панелями постоянной ширины, равной ширине опорной панели, и выдерживания этого значения на следующем горизонте, начинают отстраивать контуры этих опорных панелей до дневной поверхности. При этом нижняя бровка нижнего опорного блока считается опорной точкой привязки, от которой формируется первый опорный контур и продолжают построения к прилегающим к разрезным траншеям зонам до появления новых опорных точек и контуров с выдерживанием принятого порядка.

Через графическую интерпретацию разработанной технологии в формате 3Э доказано, что ее реализация по разработанному методу конструирования рабочей зоны обеспечит в динамике соразмерное развитие всех уступов до предельного контура карьера.

При общей тенденции к применению мощного выемочно-погрузочного оборудования целесообразно стремиться к созданию на уступе одинарного тупикового или сквозного фронта с одним экскаватором. Естественно, при этом должна быть соблюдена необходимая, найденная по календарному плану, скорость подвигания фрон-

та уступа, обеспечивающая гармоничное развитие рабочего борта карьера.

На основе проведенных исследований получены следующие результаты:

1) Обоснованы наиболее целесообразные технологии отработки уступов рабочей зоны при применении мощных экскаваторно-автомобильных комплексов. Применяемый в зарубежной практике (карьеры рудника Escondida в Чили) как подвариант совместной совмещенной технологии отработки смежных уступов поперечными панелями сопоставим с традиционной технологией отработки уступов продольными панелями по углу откоса рабочей зоны;

2) Разработана инновационная технология отработки уступов рабочей зоны по двухподуступной схеме поперечными панелями с изменяющимися уровнями рабочих площадок и с формированием вскрывающих выработок в торцах карьера, позволяющая значительно увеличить вскрытые запасы полезного ископаемого (до 20-50%) при уменьшении текущих объемов вскрыши (на 10-15% и больше) и горно-капитальных работ (в 2-4 раза);

3) Доказано, что при применении мощных экскаваторно-автомобильных комплексов по разработанной технологии достигается безопасная и высокопроизводительная отработка уступов высотой 20-40 м за счет увеличения ширины рабочих площадок на глубоких горизонтах, применения многорядного короткозамедленного взрывания с направлением фронта отбойки параллельно линии фронта работ уступа, сокращения времени маневров самосвалов в зоне действия экскаватора;

4) Разработанный метод перехода на инновационную технологию на действующих карьерах позволит сократить период ликвидации отставания по вскрышным работам и увеличить вскрытые запасы полезного ископаемого.

список литературы

1. Истомин В.В. Технологические системы открытых горных работ: сущность, значимость, проблемы, подходы к решению // Вестник XXI. Сборник статей. 15 лет РАЕН. - М. 2005.

2. Корнилков C.B. Опыт совершенствования технологий отработки глубоких уральских карьеров крутыми бортами // Известия Уральской государственной горно-геологической академии. - 2000. - № 11.

3. Пастихин Д.В., Аникин К.В., Толи-пов Н.У. Рациональная конструкция рабочего борта глубоких карьеров при применении экскаваторно-автомобильного комплекса оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 2. Отдельные статьи (специальный выпуск).

коротко об авторах_

Обоснование конструкции рабочего борта глубоких карьеров. - С. 3-10.

4. Rakishev B.R., Moldabajev S.K. Cyclig-Line technologies on coal cuts of Kazahstan // 22nd world mining congress. Istanbul, Turkish,

2011, pp. 233-237.

5. Ракишев Б.Р., Молдабаев С.К. Ресурсосберегающие технологии на угольных разрезах: монография. - Алматы: КазНТУ,

2012. 348 с.

6. McKelvey P., Beale G., Taylor A., Man-sell S., Mira B., Valdivia C., Hitchcock W. Depressurization of the north wall at the Escondida Copper Mine, Chile // Journal: Geological Society, London, Special Publications, vol. 198, no 1. 2002. pp. 107-119. ЕП2

Ракишев Баян Ракишевич - академик НАН РК, доктор технических наук, профессор, e-mail: b.rakishev@mail.ru,

Молдабаев Серик Курашович - доктор технических наук, профессор, e-mail: moldabaev_s_k@mail.ru,

Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева.

UDC 622.271

APPROPRIATE TECHNOLOGY OF OPEN-PIT MINING WITH THE USE OF MOTOR VEHICLES

Rakishev B.R., Academician of National Academy of Sciences of Kazakhstan, Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: b.rakishev@mail.ru,

Moldabayev S.K., Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: moldabaev_s_k@mail.ru, Kazakh National Technical University named after Satpayev K.I.

Proportional development of mining on all benches of working area when using excavator-truck sets is achieved by transition to a benches mining technology on scheme with two subbenches and varying levels of work sites. In deep open pits implementation of this technology will reduce the current volumes of overburden excavation of 10-15% and more, will increase opened-up mineral reserves by 20-50% and reduce the amount of capital mining works on construction of the openings by 2-4 times and will ensure effective use of powerful excavator-car systems.

Key words: work area, bench, cross panels, scheme with two subbenches, excavator-truck sets.

REFERENCES

1. Istomin V.V. Vestnik XXI. Sbornik statej. 15 let RAEN (The 21st Century Bulletin, Collected papers. 15th Anniversary of the Russian Academy of Natural Sciences), Moscow, 2005.

2. Kornilkov C.B. Izvestija Ural'skoj gosudarstvennoj gorno-geologicheskoj akademii, 2000, no 11.

3. Pastihin D.V., Anikin K.V., Tolipov N.U. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. 2011, no 2, special issue Obosnovanie konstrukcii rabochego borta glubokih kar'erov (Basis of the highwall design for deep open pit mines), pp. 3-10.

4. Rakishev B.R., Moldabajev S.K. Cyclig-Line technologies on coal cuts of Kazahstan, 22nd world mining congress. Istanbul, Turkish, 2011, pp. 233-237.

5. Rakishev B.R., Moldabaev S.K. Resursosberegajushhie tehnologii na ugol'nyh razrezah: monografija (Resource-saving technologies in coal open pit mines: Monograph), Almaty: KazNTU, 2012, 348 p.

6. McKelvey P., Beale G., Taylor A., Mansell S., Mira B., Valdivia C., Hitchcock W. Geological Society, London, Special Publications, vol. 198, no 1. 2002. pp. 107-119.