Параметры изолирующей конструкции при дражной разработке в условиях отрицательных температур

УДК 622.271.1

ПАРАМЕТРЫ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ДРАЖНОЙ РАЗРАБОТКЕ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР

В.Е. Кисляков, Р.З. Нафиков

Рассмотрена возможность продления добычного сезона при дражной отработке россыпных месторождений в условиях отрицательных температур с использованием искусственного теплоизолирующего материала для перекрытия дражного забоя. Приведены параметры изолирующей конструкции.

Ключевые слова: россыпное месторождение, драга, добычной сезон, изолирующая конструкция.

В настоящее время одним из перспективных направлений в горнодобывающей промышленности является добыча драгоценных камней и благородных металлов, значительные запасы которых содержатся в россыпных месторождениях. Условия залегания россыпей позволяют эффективно разрабатывать их с применением относительно простой технологии. При разработке россыпей высокие технико-экономические показатели имеет дражный способ разработки, которым могут отрабатываться обводнённые континентальные россыпи, а также техногенные накопления золота, платины и других полезных ископаемых.

Продолжительность добычного сезона драги во многом определяется климатическими условиями района. При отрицательной температуре происходит намерзание породы на черпаки и конструкцию рамы, возрастает степень износа дражных механизмов, что ведет к увеличению простоев на ремонт в зимний период.

В северных широтах отрицательная температура воздуха сохраняется в течение длительного времени, что сокращает продолжительность работы драги и приводит к значительному снижению годовой производительности. Так, если в Западной Сибири продолжительность добычного сезона составляет в среднем 280 дней, на Урале 260 дней, то в более северных широтах она снижается до 160 - 180 дней. В первом приближении зависимость средней продолжительности добычного сезона при дражной разработке от географической широты отрабатываемого месторождения представлена на рис. 1.

Продление добычного сезона драги не всегда позволяет достичь необходимого экономического эффекта. В период отрицательной температуры эксплуатационные затраты резко увеличиваются, а производительность драги падает. В связи с уменьшением производительности уменьшается и среднесуточный намыв металла, а его себестоимость увеличивается.

В большинстве случаев при разработке обводненных месторождений дражным способом отказываются от продления добычного сезона без максимально достоверных технико-экономических обоснований. В связи с этим сдерживается интенсивное освоение обводнённых месторождений, расположенных в районах Крайнего Севера. Поэтому проблема продления дражного сезона с целью повышения эффективности использования дражного оборудования в течение года является актуальной.

250

240

я И

о £

X ^

э! н

ю —

о V

и и

Л I

к &

О I

230

220

210

200

м

0

1 190

О ^

5 I

к £. 180

а и №

5 170

160

4 * < У Т 4.0074-И + 436.17

Е1 = 0,8 868

* V

N. <

50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 Географическая широта россыпного месторождения (N1. град

Рис. 1. Изменение средней продолжительности добычного сезона в зависимости от географической широты

В настоящее время существует целый ряд технологий, позволяющих продлить добычной сезон в условиях отрицательной температуры, таких, как применение плавающих пен, ледорезных машин, использование тепла глубинных вод водоемов, циркуляция воды в акватории забоя, изменение химического состава воды и другие. Но практика показывает, что все вышеперечисленные способы не получили широкого применения из-за высоких экономических и энергетических затрат, трудоемкости работ и экологического ущерба окружающей среды [1].

Наиболее перспективным способом продления добычного сезона является способ с использованием льда для изолирования обводнённых горных выработок от воздействия окружающей среды [2]. Однако данный способ имеет ряд недостатков, таких, как высокая опасность обрушения ледяного массива, трудоемкость технологии, большие простои во время промерзания необходимого слоя воды, а также ежегодная необходимость создания водоповышающих плотин с последующим затоплением межплотинного пространства.

Повысить эффективность данной технологии можно при использовании современных искусственных материалов. Одним из таких материалов является поликарбонат. Достоинствами поликарбоната перед другими материалами являются: высокая ударная прочность, малый удельный вес, высокие теплоизоляционные свойства, устойчивость к атмосферным воздействиям, высокая светопроницаемость, а также относительно низкая стоимость.

Схема разработки обводненных месторождений дражным способом с использованием поликарбоната в качестве изолирующего материала представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема перекрытия дражного полигона искусственным материалом при отработке месторождения в зимний период

При использовании технологии изолирования обводнённых горных выработок от воздействия окружающей среды следует учитывать соответствие размера конструкции параметрам драги. Основными размерами конструкции являются высота, длина и ширина, величины которых должны обеспечивать безопасное маневрирование драги на всех этапах отработки месторождения. При этом размеры конструкции должны быть минимально возможными, что позволит сократить затраты на ее строительство.

Минимально допустимое значение высоты конструкции зависит от модели драги, ее характеристик, а также от технологических параметров разработки месторождения и определяется по формуле

Нк = Ндр - Нос - Нб + 8 м С1)

где Ндр - габаритная высота драги, м; Нос - высота осадки драги, м; Нб -высота надводного борта отрабатываемой россыпи, м; 8 - безопасный зазор между конструкцией и драгой, 0,5 м.

Расчетные результаты высоты конструкции для драг разных моделей при максимальном значении высоты надводного борта представлены в табл. 1.

Таблица 1

Расчетные значения минимально допустимой высоты конструкции

Емкость черпаков, л Габаритная высота драги, м Высота осадки драги, м Высота надводного борта отрабатываемой россыпи, м Минимально допустимая высота конструкции, м

50 9,2 1,4 1 7,3

80 17 1,7 1 14,8

150 21,6 1,8 2 18,3

250 25,7 2 3,5 20,7

380 39 2,7 4 32,8

Длина конструкции зависит от модели драги и технологических параметров, и определяется так:

Ьк = 1др - адр п + 1об + 25 ^

где Ьдр - габаритная длина драги, м; адр - шаг драги, м; п - количество за-шагиваний в пределах конструкции, ед.; Ьоб - длина обрушения откоса дражного забоя, м; 5 - ширина призмы возможного обрушения, м.

Результаты расчетов длины конструкции для изолирования дражного забоя (при п=1) представлены в табл. 2.

Таблица 2

Расчетные значения минимально допустимой длины конструкции

Емкость черпаков, л Габаритная длина драги, м Значение шага, рациональное по условиям полноты выемки пород, м Минимально допустимая длина конструкции, м

50 34,5 2 45

80 50 2,5 61

150 74,6 3,25 87

250 92 4 106,5

380 156,2 5 174,7

Ширина конструкции ангара определяется следующим выражением:

Вк = Вм + 2 ¿об + 25, м,

где Вк - ширина маневрирования драги, м.

Для драг разных типоразмеров графоаналитическим методом определена зависимость проекции ширины поворота основных узлов драги от угла ее маневрирования. Их уравнение зависимости имеет линейный вид

Вк = а  а + р,

где а - угол маневрирования драги, град; а и Ь - эмпирические коэффициенты, зависящие от конструктивных размеров драги (табл. 3).

Таблица 3

Зависимость эмпирического коэффициента а (Ь) от емкости черпаков

Емкость черпаков, л Конструктивный элемент драги

Черпаковая цепь Передняя мачта Надстройка Стакер Задняя мачта

50 0,5378

80 0,6829

150 0,9832

250 1,1861

380 1,8432

Таким образом, можно определить необходимые размеры конструкции для изолирования дражного забоя, который будет удовлетворять условиям безопасного ведения горных работ и экономической целесообразности, а также позволит продлить добычной сезон. Так, например, при использовании данной технологии на россыпном месторождении, расположенном на 63° с. ш., добычной сезон увеличится от 180 до 240 дней. В случае с отрабатываемыми месторождениями, расположенными ниже 59° с. ш., их отработку возможно производить круглогодично за счет поддержания забоя в незамерзающем состоянии.

Способ отработки месторождения с применением в качестве изолирующего материала поликарбоната имеет ряд преимуществ, таких, как возможность бесперебойной работы при наступлении устойчивых отрицательных температур, отсутствие необходимости ежегодных капиталовложений в создание изолированного пространства, простота эксплуатации, снижение простоев в зимний период на ремонтные работы. Также поликарбонат, имеет низкий коэффициент теплопроводности, что позволяет значительно продлить добычной сезон драги, увеличивая ее годовую производительность по металлу. Поэтому применение технологии с использованием поликарбоната для изолирования дражного забоя от воздействия окружающей среды является одним из перспективных направлений.

Список литературы

1. Корзун О.А. Обоснование технологии разработки месторождений нерудных строительных материалов земснарядами в зимний период: дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2011. 149 с.

2. Кузнецов А.Н., Кисляков В.Е. Технология дражной разработки обводненных месторождений и техногенных накоплений минерального сырья в условиях отрицательных температур // ГИАБ. 2008. № 1. С. 249255.

3. Патент РФ № 2263786. Способ разработки россыпных и техногенных накоплений полезных ископаемых / А.Н. Кузнецов, В.Е. Кисляков. Опубл. 10.11.2005.

4. Патент РФ № 2233984. Способ разработки россыпных месторождений и техногенных накоплений минерального сырья / В.Е. Кисляков. Опубл. 10.08.2004.

Кисляков Виктор Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., VKislyakov@sfu-kras.ru, Россия, Красноярск, Сибирский Федеральный Университет, Институт горного дела, геологии и геотехнологий,

Нафиков Равиль Зиннурович, асп., Ravik_177@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский Федеральный Университет, Институт горного дела, геологии и геотехнологий

THE PARAMETERS OF THE INSULATING STRUCTURE AT DREDGING IN SUBFREEZING TEMPERATURES

V.E. Kislyakov, R.Z. Nafikov

The article considers the possibility to extend the mining season at dredge work of the placer deposits in subfreezing temperatures by using the artificial heat-insulating material for covering the front bank. The parameters of the insulating structure are represented.

Key words: placer deposit, dredger, extension of mining season, insulating structure.

Reference

1. Korzun O.A. Obosnovanie tehnologii razrabotki mestorozh-denij nerudnyh stroi-tel'nyh materialov zemsnarjadami v zimnij pe-riod: dis. ... kand. tehn. nauk. Krasnojarsk, 2011. 149 s.

2. Kuznecov A.N., Kisljakov V.E. Tehnologija drazhnoj razrabot-ki obvodnennyh mestorozhdenij i tehnogennyh nakoplenij mineral'no-go syr'ja v uslovijah otricatel'nyh temperatur. M.: GIAB. 2008. № 1. S. 249-255.

3. Patent RF № 2263786. Sposob razrabotki rossypnyh i teh-nogennyh nakoplenij poleznyh iskopaemyh / A.N. Kuznecov, V.E. Kisljakov. Opubl. 10.11.2005.

4. Patent RF № 2233984. Sposob razrabotki rossypnyh mesto-rozhdenij i tehnogennyh nakoplenij mineral'nogo syr'ja / V.E. Kisljakov. Opubl. 10.08.2004.

Kislyakov Victor Evgenyevich, doctor of technical sciences, professor, VKislya-kov@sfu-kras.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University,

Nafikov Ravil Zinnurovich, postgraduate, Ravik 177@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University

УДК 504.55.054:622

ТЕХНОЛОГИЯМ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КМА - НАДЕЖНУЮ СЫРЬЕВУЮ ОСНОВУ

В.И. Комащенко, П.В. Васильев, С.А. Масленников

Рассмотрена проблема полноты использования ресурсов недр. Дан анализ состояния разработки месторождений КМА на примере Белгородской области. Сформулирована актуальная проблема обеспечения конверсионного горного производства сырьем для изготовления твердеющих смесей при подземной разработке месторождений. Приведены результаты механохимической активации хвостов обогащения железистых кварцитов. Описаны особенности управления состоянием рудовмещающего массива с использованием твердеющих смесей на основе хвостов обогащения.

Ключевые слова: месторождение, разработка, руда, обогащение, металлы, хвосты, утилизация, экономика, экология, технология, механохимия, твердеющая смесь.

Введение. Эколого-экономическая эффективность современного горнопромышленного комплекса характеризуется минимальными материальными, энергетическими и другими затратами на производство продукции при соблюдении приоритета сохранения природных экосистем. При определении прибыли от добычи полезных ископаемых должны учитываться те ресурсы, которые извлечены из недр, но не нашли своей реализации в виде товарной продукции, а оказались временно или постоянно омертвленными.

В Белгородской области открытым способом эксплуатируются Ле-бединское, Южно-Лебединское и Стойленское месторождения. На сравнительно небольшой глубине в Новооскольском железорудном районе локализуются запасы Погромецкого и Чернянского месторождений.

Но ближайшие перспективы добычи руд связаны с подземным способом разработки. Белгородское месторождение богатых железных руд локализуется уже на глубине 400.. .700 м.

Большинство запасов месторождений региона или изначально локализовано на больших глубинах, или уже не может извлекаться открытым способом по экономическим соображениям. Кроме того, Центральный Черноземный район, на территории которого находится КМА, характери-