диссертация. Катышев Павел Викторович обоснование технологии выемки пологопадающих угольных месторождений при веерной системе разработки специальность 25. 00. 22 Геотехнология подземная, открытая и строительная диссертация
 Скачать 7.38 Mb.
|
|
м Угол поворота, град Ширина рабочей площадки на вскрыше, м Ширина рабочей площадки на добыче, м 31 По мере развития фронта горных работ в плане при веерной системе разработки происходит изменение ширины рабочей площадки уступа, данный фактор усложнят процесс выемки полезного ископаемого, а именно усложняет планирование горных работ и размещение горнотранспортного оборудования на уступе. Решение данной задачи в теории и практики горного дела выявить не удалось в силу малой популярности схем веерного развития горных работ. Необходим анализ изменения условий формирования рабочих горизонтов, а также мероприятий по устранению избыточной или недостающей длины забойного конвейера в зависимости от угла поворота фронта работ и забойных конвейеров. 1.4 Цель и задачи исследований На основании выполненного обзора ранее проведенных исследований можно отметить, что практика проектирования и эксплуатации пологопадающих угольных месторождений за рубежом сопровождается повсеместным использованием веерной системы. Веерная система разработки имеет ряд технологических преимуществ, позволяющих обеспечить постоянную длину магистральных и забойных транспортных коммуникаций при полной отработке поля разреза. Научное обоснование технологии открытых горных работ с использованием веерного перемещения фронта, отражено в работах отечественных ученых [19, 18, 31, 39, 40, 41 и др. Однако теоретическая часть этого вопроса разработана недостаточно и предложенные способы образования веера характеризуются искривлением фронта горных работ изменением ширины рабочих площадок уступа при развитии горных работ в плане, а различная ширина экскаваторных заходок в выемочном блоке, в свою очередь, требует исследования изменения производительности выемочно-погрузочного оборудования и создание специальных технологических решений по регулированию ширины 32 экскаваторной заходки. Таким образом, возникает задача разработки технологических решений, которые позволяют эффективно вести горные работы на пологопадающих угольных месторождениях при веерной системе разработки. Целью настоящих исследований является обоснование технологии и параметров веерной системы, обеспечивающих снижение затратна горнотранспортные работы и повышение эффективности разработки пологопадающих угольных месторождений. Основные задачи исследования. 1 Установление особенностей и закономерностей изменения положения фронта горных работ для обеспечения постоянной ширины рабочей площадки уступа при разработке угольных месторождений по веерной системе. 2 Исследование динамики производительности выемочно-погрузочного оборудования при отработке КЭБ. 3 Разработка и обоснование технологических схем выемки и параметров КЭБ при веерной системе. 4 Исследование направлений грузопотока автотранспорта при отработке КЭБ для минимизации грузооборота. 33 33 2 ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ФРОНТА ГОРНЫХ РАБОТ НА ПОЛОГОПАДАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПРИ ВЕЕРНОЙ СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ Главная цель открытых горных работ – добыча из недр полезных ископаемых с одновременной выемкой большого объема покрывающих и вмещающих залежи вскрышных пород – достигается при четкой и высокоэкономичной организации ведущего и наиболее дорогого процесса открытых горных работ – перемещение горной массы из забоев в пункты приема на складах и отвалах. Эффективность процесса перемещения достигается организацией устойчиво действующих грузопотоков полезных ископаемых и вскрышных пород, применительно к которым решаются вопросы вскрытия рабочих горизонтов карьерного поля, а также мощностей используемых транспортных средств [19]. При разработке открытым способом пологопадающих пластов крупных по запасами площадям угольных месторождений с применением поточной технологии на основе роторных выемочно-погрузочных комплексов экскаваторов) существенное влияние на эффективность добычи угля оказывает выбор направления перемещения (развитие) фронта горных работ в карьере [42]. Перспективной является разработка пологопадающих угольных месторождений при использовании веерного перемещения фронта горных работ, причем к достоинствам данного способа подвигания можно отнести исключение необходимости постоянного наращивания транспортных коммуникаций, стабилизация расстояния транспортировки полезного ископаемого. А стационарный поворотный пункт транспортных коммуникаций позволяет благоприятно планировать расположение промышленных сооружений [43]. Условиями, определяющими возможность реализации веерного подвигания фронта горных работ, являются 34 формирование единого поворотного пункта вместе перегрузки угля с забойных на магистральные транспортные коммуникации клиновидная форма выемочных блоков (добычных, вскрышных параллельность оси забойных транспортных коммуникаций линии фронта горных работ с условием применения поточной технологии. Веерное перемещение фронта работ чаще применяют при работе многоковшевых экскаваторов и транспортно-отвальных мостов, когда на рабочих площадках имеется несколько конвейерных линий, либо железнодорожных путей, перенос которых на криволинейных участках при параллельном подвигании фронта сложен и трудоемок. Наличие постоянного пункта примыкания путей при веерном способе позволяет удобно располагать промышленные сооружения тяговую подстанцию, центральный водосборник. Также веерная система разработки может быть реализована посредством цикличной технологии, то есть, применение одноковшовых экскаваторов в комплексе с автотранспортом. В качестве объекта исследования веерной системы разработки был принят угольный разрез «Березовский-1», где на добычных работах применяется поточная технология выемки, а на вскрышных – цикличная. 2.1 Развитие фронта горных работ на пологопадающих угольных месторождениях при веерной системе разработки Веерные системы разработки эффективны при треугольной или округлой конфигурации карьерного поля, позволяющей располагать постоянный поворотный пункт водном из торцов карьера, при этом протяженность фронта остается неизменной. Постоянное положение поворотного пункта исключает необходимость систематического выполнения весьма трудоемких работ по переносу криволинейных участков конвейерных линий, ведет к сокращению расстояния транспортировки, а иногда и к уменьшению объема горно- капитальных работ. 35 Для строящегося предприятия поворотный пункт фронта работ должен быть в составе промплощадки, местоположения которой обеспечивает минимальное расстояние транспортирования полезного ископаемого, а для условий действующего предприятия – это место перегрузки с забойных на магистральные конвейера, что обеспечивает постоянство расстояния транспортировки угля [31]. При формировании единого поворотного пункта вместе перегрузки угля с конвейера ленточного забойного (КЛЗ) на конвейер ленточный магистральный (КЛМ) поворот добычных и вскрышных уступов будет связан с изменением ширины рабочих площадок по всему фронту ведения горных работ. Для решения данной задачи необходимым условием является параллельность оси забойного конвейера к линии фронта горных работ. Параллельность достигается корректировкой линии фронта горных работ относительно движения линий забойных транспортных коммуникаций. Это предопределило необходимость разработки математической модели изменения линии фронта горных работ при отработке месторождения. Разработка математической модели определяет построение плана горных работ в декартовой системе, где за начало координат принят перегрузочный пункт между забойными и магистральными транспортными коммуникациями. Разберем простой пример уравнения движения линии фронта в декартовой системе при параллельной отработке месторождения (рис. 2.1), где Ai и Bi точки начала и конца линии фронта горных работ. Уравнение изменения линии фронта работ в декартовой системе будет иметь вид i B y max i , (2.1) где B max – максимальная ширина экскаваторной заходки, м i – порядковый номер выемочного блока, ед. Из уравнения (2.1) можно сделать вывод, что линия фронта горных работ смещается параллельно оси хна расстояние максимальной ширины экскаваторной заходки. 36 Рисунок 2.1 – Схема ведения добычных работ при параллельном подвигании фронта 1 – капитальная траншея 2 – разрезная траншея 3 – магистральные транспортные коммуникации 4 – забойные транспортные коммуникации 5 – перегрузочный пункт 6 – выемочно-погрузочный комплекс 7 – выемочные блоки 8 – линии фронта горных работ 9 – граница контура разреза l з – безопасное расстояние от забойных транспортных коммуникаций до верхней бровки добычного уступам м – безопасное расстояние от магистральных транспортных коммуникаций до верхней бровки добычного уступам При веерной системе разработки (рис. 2.2) с учетом угла поворота фронта ф) координаты точки (A i ) начала линии фронта горных работ определяются из следующих уравнений ф тк i(x) cosα L A ; (2.2) ф тк i(y) sinα L A , (2.3) где L тк – длина забойных транспортных коммуникаций, м ф – угол поворота фронта горных работ, град. 37 Рисунок 2.2 – Схема ведения добычных работ при веерной системе разработки 1 капитальная траншея 2 – разрезная траншея 3 – ось магистральных транспортных коммуникаций 4 – ось забойных транспортных коммуникаций 5 – стационарный поворотный пункт 6 – роторный комплекс 7 – КЭБ; 8 – линия фронта горных работ 9 – граница контура разреза Координаты конечной точки (B i ) линии фронта горных работ определятся из следующих зависимостей 1 K K y x K B 2 AiBi AiBi Ai Ai 2 AiBi i(x) ; (2.4) Ai Ai Bi AiBi i(y) y ) x (x K B , (2.5) где K AiBi – угловой коэффициент линии фронта горных работ. 38 38 1)) (i ф) Из вышеприведѐнных зависимостей уравнение перемещения линии фронта горных работ (А) по мере отработки карьерного поля в декартовой системе координат будет выглядеть следующим образом [44]: Ai Ai ф y x x ] 1 i tg[α y , (2.7) если 0 x , 2 π фi Положительный знак в представленной зависимости (2.7) характеризует изменение линии фронта горных работ в технологической схеме отработки месторождения с размещением транспортных коммуникаций на нижней площадке (рис. 2.2), отрицательный знак – размещение транспортных коммуникаций на верхней площадке (рис. 2.3). Рисунок 2.3 – Принципиальная схема ведения добычных работ при веерной системе разработки 1 – выработанное пространство 2 – ось магистральных транспортных коммуникаций 3 – ось забойных транспортных коммуникаций 4 – стационарный поворотный пункт транспортных коммуникаций 5 – роторный комплекс 6 – межуступный перегружатель; 7 – КЭБ; 8 – линии фронта горных работ на каждом горизонте 9 – граница контура разреза Расстояние (R 1 ) от поворотного пункта до границы КЭБ, при расположении забойных транспортных коммуникаций на нижнем уступе определяется из следующей зависимости [45], м 39 з max 1 l B R , (2.8) где l з – безопасное расстояние от забойных транспортных коммуникаций до верхней бровки добычного уступам. Расстояние (R 2 ) от поворотного пункта до границы КЭБ, при расположении транспортных коммуникаций на верхнем уступе определяется из следующей зависимости [46], м 2 з 2 м 2 l l R , (2.9) где l м – безопасное расстояние от магистральных транспортных коммуникаций до верхней бровки добычного уступам. Таким образом, отработка пологопадающих угольных месторождений при использовании веерной системы определяет смещение линии фронта горных работ (с учетом математической зависимости (2.7)) по касательной к окружности с радиусами R 1 или R 2 , центром которой является стационарный поворотный пункт между забойными и магистральными транспортными коммуникациями. При разработке месторождений по веерной системе необходимо стремиться к уменьшению показателей R 1 и R 2 , которые влияют на длину фронта горных работ и соответственно площадь выемочных блоков, атак же соблюдать равенство угла поворота оси забойных конвейерных линий углу поворота линии фронта горных работ. Перемещение фронта работ по вееру предполагает отработку выемочных блоков переменной ширины в форме близкую к треугольнику – клиновидно эксплуатационные блоки (КЭБ), площадь которых определяется из следующей зависимости, м ф ф ф 2 ф , (2.10) где ф – длина фронта горных работ, м R – расстояние от стационарного поворотного пункта транспортных коммуникаций до границы контура разрезам Угол поворота фронта горных работ выбирается из условия наибольшей возможной площади карьерного поля, отрабатываемой без переукладки забойных транспортных коммуникаций, зависит от типа выемочно-погрузочного оборудования, максимальной ширины экскаваторной заходки (B max ) при отработке КЭБ на участке примыкания блока с границей контура разреза. Данный параметр существенно влияет на эффективность добычи полезного ископаемого при веерном подвигании фронта горных работ (определяет площадь и количество КЭБ, время простоя оборудования, в связи с передвижкой транспортных коммуникаций к следующему блоку, и, следовательно, влияет на производственную мощность предприятия. Угол поворота фронта горных работ определяется из следующей зависимости ф ф) Общая площадь выемки полезного ископаемого при веерной системе разработки, м n 1 i общ, (2.12) где S i – площадь го выемочного блокам общее количество выемочных блоков, ед. Таким образом, график изменения площади КЭБ от длины фронта горных работ представлен на рис. 2.4. При изменении угла поворота фронта возрастает площадь КЭБ, так при длине фронта горных работ 2400 м – площадь КЭБ с изменением параметра ф с 1º добудет увеличиваться нам, тем самым возрастает объем извлекаемых полезных ископаемых с одной передвижки забойных транспортных коммуникаций. 41 Рисунок 2.4 – Изменение площади КЭБ от длины фронта горных работ Разработка мощных угольных месторождений подразумевает отработку поля разреза несколькими уступами. При веерном подвигании фронта работ данный способ реализуется посредством отработки КЭБ на каждом горизонте выемки (рис. 2.5). При планировании вскрышных и добычных работ, для обеспечения подготовленных к выемке запасов полезного ископаемого, необходимо знать объем выемки горной массы на каждом горизонте, ас учетом таких параметров как ширина берм безопасности (транспортных берм) объемы вынимаемых КЭБ будут различные. Объем КЭБ на ом горизонте определяется, м ф ф ф 2 (2) 1, 2 г б.п (2) 1, 2 (2) 1, 2 г г б.г ф ф ф 2 г б.г. ф.а у г sinα 180 α π sinα 0,5 R 1 i l R R ) i (n l R sinα 180 α π sinα 1 i l L 0,5 H V , (2.13) где i г – номер горизонта, ед n г – всего горизонтов, ед фа – длина фронта горных работ нижнего уступам у – высота уступа го горизонтам б.г. – расстояние 0 25000 50000 75000 100000 125000 150000 175000 200000 225000 250000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3 2 Площадь К ЭБ , м 2 Длина фронта горных работ, м Угол поворота фронта горных работ, град R 1 =100 м 42 42 бермы безопасности (транспортной) на границе карьерного полям б.п. – расстояние бермы безопасности (транспортной) со стороны поворотного пунктам. Рисунок 2.5 – Технологическая схема разработки угольных месторождений при веерной системе несколькими уступами 1 – выработанное пространство 2 – магистральные транспортные коммуникации 3 – забойные транспортные коммуникации 4 – стационарный поворотный пункт транспортных коммуникаций 5 – роторный комплекс 6 – выемочно-погрузочные комплексы цикличного действия 7 – КЭБ; 8 – линии фронта горных работ 9 – граница контура разреза 10 – межуступный перегружатель, 11 – номера горизонтов выемки. График изменения объема КЭБ от горизонта выемки представлен на рис. 2.6. Как видно из графика, увеличение показателя l б.г. приводит к более интенсивному изменению объема вынимаемых блоков, так на ом горизонте выемки объем КЭБ с вариантом отношения ширины берм безопасности 43 транспортных берм) – 2:1 будет больше альтернативных вариантов на 2-9 %, что в свою очередь требуется учитывать при планировании горных работ. Рисунок 2.6 – Изменение площади КЭБ от уровня выемочного горизонта (нумерация выемочных горизонтов начинается с нижнего, площадь которого соответствует 100%) При выемке угольного пласта двумя подуступами с помощью выемочно- погрузочных комплексов непрерывного действия и отгрузкой полезного ископаемого на конвейерные линии (рис. 2.7), необходимо соблюдать параллельность линий транспортных коммуникаций к линиям фронта горных работ, как на верхнем, таки на нижнем подуступе. Параллельность достигается за счет смещения линий фронта горных работ по касательным к окружностям с радиусами R 1 (R 2 ) и с учетом, представленной ранее зависимости (2.7). Вместе стем, требуется поворачивать верхний и нижний КЭБ на одинаковый угол, ас учетом берм безопасности (транспортных площадок) объем верхнего КЭБ будет больше, что определяет необходимость регулирования скорости отработки верхнего выемочного блока для одновременного подвигания фронта горных работ на верхнем и нижнем подуступе. Также решением вышеприведенной проблемы может выступать приравнивание площадей вышележащего и нижележащего КЭБ, для этого следует 100 105 110 115 120 125 130 1 2 3 4 5 6 7 2:1 1:1 Изменение объема К ЭБ , Горизонт выемки, ед Отношение ширины l б.г. к l б.п. : 44 соблюдать представленное условие 1 1 R R , где 1 R – расстояние от стационарного поворотного пункта транспортных коммуникаций до верхней бровки вышележащего подуступа, при котором площади верхнего и нижнего КЭБ совпадают, м фа 1 L R R (2.14) Предлагаемая зависимость обеспечивает равенство объемов выемочных блоков верхнего и нижнего подуступа при условии одинаковой мощности полезного ископаемого, что упрощает регулирование горных работ в разрезе при применении веерной системы разработки. Рисунок 2.7 – Схема развития фронта горных работ двумя подуступами при веерной системе разработки 1 – магистральные транспортные коммуникации 2 – забойные транспортные коммуникации 3 – линия фронта горных работ на нижнем подуступе; 4 – линия фронта горных работ на верхнем подуступе; 5 – роторные выемочно-погрузочные комплексы 6 – межуступный перегружатель Оценка вышеприведенных технологических схем позволила выделить способы развития фронта горных работ при веерной системе разработки с 45 условием применения поточной технологии (рис. 2.8). В основу данных способов положено расположение основных забойных транспортных коммуникаций. Рисунок 2.8 – Способы развития фронта горных работ относительно передвижки забойных транспортных коммуникаций при веерной системе разработки с условием применения поточной технологии |