Обоснование технологии разработки глубоких россыпей драглайнами Нечаев Константин Борисович

Содержание к диссертации

Введение

1 Современное состояние вопроса разработки глубоких россыпных месторождений 10

1.1 Анализ добычи золота и минерально-сырьевой базы Российской Федерации 10

1.2 Научные исследования в области разработки глубоких россыпей 21

1.3 Опыт и технологии разработки глубоких россыпных месторождений .24

2 Обоснование базовых технологий разработки глубоких россыпей драглайнами 31

2.1 Геологическая характеристика и технологические свойства пород глубоких россыпных месторождений 31

2.2 Обоснование направления совершенствования технологий разработки глубоких мелких и средних по запасам россыпей 33

2.3 Факторы, условия и основные принципы обоснования базовых технологических схем разработки глубоких мелких и средних по запасам россыпей драглайнами 38

2.4 Обоснование базовых бестранспортных технологических схем разработки глубоких россыпей драглайнами 44

2.5 Разработка экономико-математической модели освоения глубокозалегающей россыпи с использованием драглайнов 57

2.6 Исследование эффективности и границ применения технологий разработки глубоких россыпей при ограничении производственной мощности карьера годовой производительностью драглайна 64

2.7 Выводы 75

3 Исследование технологий разработки глубоких россыпей с совмещением вскрышных и добычных работ драглайном в прибортовой части карьера 77

3.1 Технологические схемы разработки россыпи с попеременным выполнением вскрышных и добычных работ одним драглайном в прибортовой части карьера 77

3.2 Исследование коэффициента переэкскавации в бестранспортных схемах с последовательной отработкой заходок 86

3.3 Разработка методики деления полигона по ширине на полосы 92

3.4 Разработка методики определения параметров технологических схем с совмещением вскрышных и добычных работ в прибортовой части карьера 97

3.5 Исследование технологии с попеременным выполнением вскрышных и добычных работ одним драглайном 105

3.6 Выводы 112

4 Исследование технологий с совмещением вскрышных и добычных работ драглайном при поперечных системах разработки глубоких россыпей 113

4.1 Технологические схемы разработки россыпей драглайном поперечными заходками 113

4.2 Технологические схемы разработки россыпей драглайном при делении россыпи на экскаваторные блоки 122

4.3 Исследование технологии с совмещением вскрышных и добычных работ одним драглайном при делении россыпи на экскаваторные блоки 125

4.4 Оценка экономической эффективности и границ применения технологий с совмещением вскрышных и добычных работ драглайном при поперечных системах разработки россыпей 129

4.5 Выводы 134

Список литературы

• Научные исследования в области разработки глубоких россыпей
• Обоснование базовых бестранспортных технологических схем разработки глубоких россыпей драглайнами
• Исследование коэффициента переэкскавации в бестранспортных схемах с последовательной отработкой заходок
• Технологические схемы разработки россыпей драглайном при делении россыпи на экскаваторные блоки

Введение к работе

Актуальность работы. Большая часть легкодоступных и значительных по запасам месторождений россыпного золота уже отработана, тем не менее, в общем объеме золотодобычи страны доля золота из россыпей составляют порядка 30 %. Рост мировой потребности в минеральном сырье диктует необходимость разработки рудных и эффективную эксплуатацию оставшихся россыпных месторождений. Добыча золота из россыпей остается экономически оправданной, особенно в освоенных золотопромышленных районах Сибирского и Дальневосточного федеральных округов, обладающих достаточной сырьевой базой россыпей. Особенностью значительного числа таких месторождений является глубина залегания – 15– 50 м при относительно небольших объемах песков от нескольких сотен тыс. м³ до 1–2 млн. м³ и запасах золота до 3–5 тонн. Только в регионах Восточной Сибири глубоких россыпных месторождений, характеризуемых как средних по запасам, несколько десятков.

Существующая инфраструктура, стабильно работающие горные предприятия в традиционных местах золотодобычи позволяют вводить в эксплуатацию разведуемые ресурсы и дорабатывать оставшиеся запасы россыпей. Наличие уже используемого и современного горного оборудования, в том числе драглайнов с вместимостью ковшей 5–20 м³, экскаваторно-транспортных комплексов с одноковшовыми экскаваторами (мехлопаты и гидравлические с вместимостью ковшей менее 5 м³), и автотранспорта грузоподъемностью до 40 т, ограниченная потребность в инвестициях (в основном в краткосрочных кредитах) создают условия эффективной разработки глубоких россыпных месторождений.

Эти обстоятельства определяют актуальность совершенствования технологии открытой разработки глубоких россыпей на базе экскаваторных комплексов горного оборудования.

Степень разработанности темы исследования. В области открытой разработки месторождений полезных ископаемых большой вклад в фундаментальную и прикладную науку внесли академики Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, а также ученые Ю.И. Анисратов, А.И. Арсентьев, В.С. Коваленко, А.А. Пешков, П.И. Томаков, С.И. Фомин, Г.А. Холодняков и другие.

Проблемами освоения россыпных месторождений занимались и занимаются ведущие научно-исследовательские и учебные организации страны: ИПКОН РАН, ИГДС СО РАН, ИГД ДВО РАН, ОАО «Иргиредмет», ВНИИ-1, РГГРУ, ИРНИТУ, ЗабГУ, СФУ. Изучению вопросов технологии разработки россыпей посвящены работы таких ученых, как В.Б. Добрецов, В.П. Дробаденко, Ф.В. Дудинский, В.И. Емельянов, Е.Т. Жученко, В.Е. Кисляков, М.В. Костромин, К.Н. Костромитинов, В.Г. Лешков, В.С. Литвинцев, Г.А. Михайлов, Ю.М. Овешников, В.Г. Пятаков, Б.Л. Тальгамер и ряда других. В них были предложены технические реше-3

ния, определены рациональные параметры геотехнологий и геоэкологий для разработки россыпных месторождений, в том числе глубоких.

Признавая значительные научные и практические достижения в разработке россыпей следует отметить, что недостаточно уделено внимания вопросам использования крупных драглайнов при значительной глубине залегания россыпи в условиях ограниченности запасов песков, а также технологиям разработки, включающим выемку вскрыши и песков одним драглайном.

Цель работы. Обоснование эффективных технологий разработки глубоких средних по запасам россыпей золота драглайнами.

Идея работы. Технологии разработки глубоких средних по запасам россыпей комплексами горного оборудования должны реализовываться посредством технологических схем механизации горных работ, где в качестве головной машины комплекса используется один драглайн.

Основные задачи исследования

1. Анализ сырьевой базы, горно-геологических, горнотехнических условий, научных достижений и существующих технологий разработки глу-бокозалегающих россыпных месторождений;

2. Установление принципов обоснования технологических схем разработки глубоких по запасам россыпей;

3. Разработка математических моделей, описывающих взаимосвязи финансовых и экономических показателей с параметрами разработки, их количественную оценку с использованием динамических методов;

4. Разработка новых методик определения параметров бестранспортных технологических схем с внешним отвалообразованием и при совмещении вскрышных и добычных работ, одним драглайном;

5. Обоснование технологий разработки глубоких средних по запасам россыпей и определение параметров технологических схем.

Научная новизна работы

1. Определена степень влияния глубины залегания россыпи на экономические показатели разработки в условиях ограничения производственной мощности карьера годовой производительностью драглайна по горной массе.

2. Выявлены взаимосвязи параметров прибортовой полосы при совмещении вскрышных и добычных работ драглайном с мощностью, объемами вскрыши, песков и отвалообразования. Установлена зависимость предельного значения мощности вскрыши от ширины прибортовой полосы.

3. Получены зависимости производительности карьера от ширины
россыпи и длины экскаваторного блока при работе поперечными заходка-
ми с совмещением вскрышных, добычных и отвальных работ одним драг
лайном для различной мощности песков.

4. Установлена степенная зависимость и дана количественная оценка
изменения коэффициента переэкскавации от мощности вскрыши для драг-
4

лайнов с длиной стрелы 45 м, 70 м и 90 м при условии работы широкими заходками с внешним последовательным отвалообразованием.

Теоретическая и практическая значимость работы

3. Установлены основные принципы формирования технологических схем горных работ, для разработки средних по запасам глубоких россыпей.

4. Обоснованы новые технологии разработки глубоких средних по запасам россыпей драглайнами с совмещением вскрышных и добычных работ, определены границы их применения.

5. Выполнена технико-экономическая оценка бестранспортных, комбинированных и транспортных технологий, установлен состав горнотранспортных комплексов, определены границы применения технологий и деления вскрыши между технологиями по глубине россыпи, обоснована производственная мощность карьеров для разработки средних по запасам глубоких россыпей.

6. Разработаны новые методики оценки влияния параметров россыпи на финансовые и экономические показатели разработки россыпи.

7. Разработаны новые методики определения параметров технологических схем с внешним отвалообразованием и совмещением вскрышных, добычных и отвальных работ одним драглайном.

8. Результаты диссертационной работы использованы при проектировании и разработке глубокозалегающих россыпей открытым способом АО «Светлый» и АО «Маракан», а также в учебном процессе ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» для подготовки специалистов по направлению «Горное дело» при изучении дисциплин «Открытая геотехнология» и «Процессы открытых горных работ».

Методология и методы исследования. В работе использован комплексный подход, включающий: анализ и обобщение исследований в области технологий, проектирования и опыта открытой разработки глубоких россыпей. В качестве основных методов исследований использовались геоинформатика, экономико-математическое и горно-графическое моделирование с использованием персонального компьютера. Классические финансовые и экономические методы в т.ч. методы технико-экономического сравнения вариантов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработка средних по запасам глубокозалегающих россыпных месторождений комплексами горного оборудования с использованием драглайна в качестве головной машины и установление производственной мощности карьера в зависимости от его годовой производительности по горной массе обеспечивают снижение удельных капитальных вложений в добычу песков и повышение экономической эффективности горных работ. 2. При применении продольных систем разработки глубоких россыпей промышленную часть месторождения по длине следует делить на полосы с отработкой прибортовых заходок попеременной экскавацией

вскрыши и песков одним драглайном, что дает возможность увеличить предельную глубину вскрыши, объем внутреннего отвала, производственную мощность карьера, управлять последовательностью развития горных работ и капитальными вложениями во времени.

3. Эффективность разработки глубоких россыпей драглайнами поперечными заходками с совмещением вскрышных и добычных работ, в том числе при делении фронта работ на экскаваторные блоки, необходимо определять с учетом ширины россыпи, длины экскаваторного блока и мощности песков, что позволяет установить наибольшую производительность карьера и снизить удельные эксплуатационные затраты на экскавацию.

Степень достоверности работы. Подтверждается применением математического и графического моделирования, выполненных технико-экономических расчетов с использованием персонального компьютера; значительным объемом привлекаемых проектных и фактических материалов работы золотодобывающих предприятий, внедрением результатов исследований в проектных работах.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийская научно-практической конференция с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (Иркутск, ФГБОУ ВПО «ИрГТУ», 2009 г.); IX, X, XI, XIV научно-практические конференции «Игошинские чтения» (Иркутск, ФГБОУ ВПО «ИрГТУ», 2009, 2010, 2011, 2014 гг.); XIII Международная научно-практическая конференция «Кулагинские чтения» (Чита ФГБОУ ВПО «ЗабГУ» 2013 г.); XXV Всероссийская студенческая научно-практическая конференция с международным участием «Безопасность – 2015» (Иркутск, ФГБОУ ВПО «ИрГТУ», 2015 г.).

Личный вклад автора. Заключается в постановке цели и задач исследования, выполнении всего объема графического моделирования и технико-экономических расчетов, анализе и обобщении полученных результатов, разработке новой технологии с совмещением вскрышных и добычных работ в прибортовой части карьера, формулировании выводов при составлении материалов публикаций и докладов.

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 9 публикациях, включая 6 статей в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 152 страницах машинописного текста, включает 23 таблицы, 70 рисунков, 5 приложений и список литературы из 86 наименований.

Научные исследования в области разработки глубоких россыпей

В области открытой разработки месторождений полезных ископаемых большой вклад в фундаментальную и прикладную науку давший основу для последовательного развития теории и практики горных работ внесли академики Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, а также ученые Ю.И. Анистратов, А.И. Арсентьев, В.С. Коваленко, А.А. Пешков, П.И. Томаков, С.И. Фомин, Г.А. Холодняков и другие [6–15]. Теория и практика разработки россыпных месторождений отражена в трудах С.М. Шорохова, В.И. Емельянова, В.Г. Лешкова, В.А. Кудряшева, С.В. Потемкина [16–19].

Изучению проблемных вопросов и разработке технологий освоения россыпных подтвердили свою эффективность благодаря внедрению в производство результатов месторождений, состоящих из талых, мерзлых, глинистых или валуни-стых пород, открытым и дражным способами посвящено значительное количество работ отечественных ученых [20–33]. В последние годы уделяется внимание эффективной эксплуатации ограниченных по запасам месторождений [34–35]. Выделяется новое направление в освоении россыпных запасов основанное на геотехнологическом формировании месторождений [36–37]. Известные технологии разработки глубоких россыпных месторождений открытым способом исследований ведущей отечественной научной школы.

Системные исследования разработки глубоких россыпных месторождений начаты в 60-х годах прошлого столетия. Первыми трудами в области экскаваторных разработок россыпных месторождений являются монографии С.М. Шорохова [16], в которых дана классификация экскаваторов по группам, приведены условия их применения при разработке россыпей, результаты исследований по определению производительности и основных параметров экскаваторов, принципиальные технологические схемы работы экскаваторов в комплексе с различными типами промприборов.

Существенную роль в исследовании, усовершенствовании и внедрении в производство технологии разработки глубоких россыпных месторождений сыграли основополагающие работы ведущих специалистов ИПКОН РАН, ИГДС СО РАН, ИГД ДВО РАН, ОАО «Иргиредмет», ВНИИ-1, ИРНИТУ, ЗабГУ, СФУ, а также ряда других организаций золотодобывающей отрасли.

В разработке технологии и структур комплексной механизации освоения глубоких россыпных месторождений на базе мощных драглайнов [38, 39] большую значимость имеют работы кандидатов технических наук В.В. Сборовского, А.М. Кочергина (МГРИ), в которых научно обосновываются технология вскрышных работ глубоких россыпей, рациональный порядок укладки породы в отвал, рациональная форма отвала, последовательность отработки вскрышных заходок, организация работы экскаватора при отсыпке промежуточных и конечных отвалов.

Исследованием проблем разработки глубоких россыпей драгами занимались д.т.н. В.А. Кудряшев и к.т.н. И.И. Пацев, обосновавшие параметры глубокого драгирования Ленских россыпей [40–41].

Значительный объем теоретических и экспериментальных научных работ, затрагивающих вопросы технологии разработки глубоких россыпных месторождений с использованием крупных драглайнов, масштабы их применения, технико-экономическую эффективность, методики определения параметров технологических схем вскрышных работ, производительность экскаваторов, отражены в работах Е.Т. Жученко, К.Н. Костромитинова, Ю.Д. Пятых, О.П. Доменика [42–45].

Развитию разработки глубоких россыпных месторождений значительно способствовали работы кандидатов технических наук Б.А. Бланкова и М.Е. Зафесова [46–47], которые выполнены для условий месторождений Ленского золотоносного района. Рассмотренные ими вопросы целесообразной продолжительности сезона работы драг, экскаваторов, глубины вскрышных работ, эффективности работы комплексов «Экскаватор – драга» основаны на реальных задачах, а результаты их исследований нашли применение при освоении многих месторождений.

Анализ накопленного производственного опыта и экспериментальной работы позволили выявить особенности применения бестранспортной системы разработки на вскрыше глубоких россыпей, обосновать технологические параметры и условия эффективного и безопасного применения мощных одноковшовых экскаваторов.

Разработка глубокозалегающих россыпей осуществляется с использованием нескольких технологических схем подготовки полигонов в зависимости от климатических, горно-геологических и горнотехнических условий и наличия вы-емочно-транспортного оборудования.

На вскрышных работах на талых и глубоких россыпях бассейнов Урала, Лены, Алдана, Якутии и Северо-Востока широкое применение нашла бестранспортная система разработки с использованием шагающих экскаваторов типа ЭШ-10.60, ЭШ-15.90, ЭШ-10.70. Применение при разработке россыпных месторождений таких экскаваторов начато с конца 60-х годов прошлого столетия и вызвано увеличением глубины залегания разрабатываемых россыпей до 60–70 м. Расчетами установлено, что в ряде случаев при применении мощных драглайнов (даже при трехкратной перевалке) бестранспортный способ разработки более производителен, чем транспортный [58].

Преимуществом бестранспортной системы разработки является сравнительная простота и надежность работ, высокие технико-экономические показатели.

Применение мощных шагающих экскаваторов позволяет частично решить проблему снижения объемов переэкскавации торфов при разработке россыпных месторождений с большой глубиной залегания, увеличить глубину дражных разработок до 60 м из-за снижения эксплуатационных затрат, вовлечь в промышленное освоение забалансовые запасы, предохранить полигон от сезонного промерзания и наледеобразования и т. д. [59].

Обоснование базовых бестранспортных технологических схем разработки глубоких россыпей драглайнами

При разработке россыпных месторождений применяют системы производства добычных работ с поперечными, продольными, веерными и спиральными за-ходками [6, 18]. Различают экскаваторные и экскаваторно-транспортные технологические схемы разработки.

За время освоения глубоких россыпей разработано и внедрено большое количество разнообразных технологических схем, при классификации (систематизации) которых не выделяется преобладающий классификационный признак. Технологические схемы разработки, в т. ч. и вскрышных работ, классифицируют по способу производства работ, оборудованию, территориальному району, способу разработки уступа и отвалообразованию. В классификации [20] в качестве основного признака принимаются способ разработки вскрышных пород и условия перемещения их в конечный отвал (таблица 2.7).

Выделено пять групп разработки вскрышного забоя: на всю мощность, послойная, двумя и более уступами, с размещением во внутренние отвалы, с перемещением вскрышных пород в усложненных условиях.

Во всех группах, кроме четвертой, подразумевается, что пустые породы перемещаются во внешние отвалы. На условия перемещения пород в конечный отвал значительное влияние оказывает его форма и высота, а также уровень уста 40 новки драглайна: на земной поверхности или предотвале. Поэтому первая группа разделена на подгруппы по конечной форме отвалов: треугольного, трапецеидального и двухъярусного поперечного сечения.

Отвалы треугольного поперечного сечения могут иметь высоту менее или более высоты разгрузки экскаватора. В последнем случае экскаватор устанавливается на предотвал. Применяют эти схемы при сравнительно небольшой мощности торфов.

При трапецеидальной форме отвала высота его обычно ограничивается высотой разгрузки драглайна. Применяют эти схемы при большой мощности торфов и многократном перемещении вскрышных заходок.

Послойная разработка вскрышных пород производится с применением только драглайнов или в комплексе с бульдозерами.

Разработка вскрышных пород двумя и более уступами применяется на россыпях с мощностью торфов более глубины черпания драглайна. Для размещения пород второго уступа на борту может быть пройдена аккумулирующая траншея или произведен уступный разнос борта.

Разработка вскрышных пород с размещением торфов во внутренних отвалах наиболее приближена к бестранспортным схемам, применяемым на угольных месторождениях. В отдельную подгруппу выделены схемы с размещением торфов на дражных отвалах. Применимы данные системы на широких россыпях.

В последней группе выделены системы с перемещением вскрышных пород в усложненных условиях. Такими условиями могут быть косогоры, водоотводные канавы, шоссейные дороги и т. д.

Кроме того, разработанные и применяемые при конкретных горногеологических и горнотехнических условиях бестранспортные технологические схемы, получившие широкое распространение во многих регионах страны, разделяли аналогично используемым на открытых разработках угольных месторождений на простые и усложненные, а также по географическому положению и условиям их применения. Классификация схем вскрышных работ драглайнами при дражной разработке россыпей с отсыпкой внешних отвалов [63] включает четыре группы, также отличающихся способом разработки забоя вскрышных пород и способом перемещения временных отвалов в конечное положение, но дополнена характеристикой систем разработки (таблица 2.8). Таблица 2.8 – Классификация схем вскрышных работ драглайнами с размещением отвалов на бортах разреза

Группа систем разработки Наименование систем разработки Условия применения Разработка вскрышного забоя на всю мощность Одноуступная с непосредственнымразмещением отвалов на бортахразрезаОдноуступная с кратнойперевалкой Небольшая мощностьторфов и ширинароссыпиШирокие и глубокиероссыпи Послойная разработка вскрышного забоя Послойная разработка торфов драглайнамиКомбинированная с бульдозерно-скреперной доставкой вскрышных пород к драглайну Мерзлое состояние породШирокие россыпи, мерзлые породы

Разработка вскрышных пород двумя и более уступами Двухуступная разработкас выкладкой отваловна специальные полки (площадки)Комбинированные системыс разработкой первого уступадраглайном, а второгопо транспортной схеме Мощность торфов превышает глубину черпания драглайнаБольшая мощность торфов, наличие валунов

Разработка вскрышных пород с перемещением их в усложненных условиях С выкладкой отваловна ограниченные площадиС перемещением отваловчерез естественныеи искусственные преграды Ограниченная подотвальная площадь Перевалка промежуточных отвалов через водоотливные канавы, автодороги

Исследование коэффициента переэкскавации в бестранспортных схемах с последовательной отработкой заходок

С целью распределения объемов вскрышных пород для размещения на противоположных сторонах карьерного поля во внешние отвалы и определения границы между полосами вскрыши применяют метод горно-геометрического анализа или расчеты по экономическим показателям [26].

В первом случае необходимо предварительно выполнять большой объем графических построений, а при использовании второй методики определяются объемы торфов, размещаемых на правом и левом бортах россыпи, для чего требуются данные по годовому подвиганию фронта работ и ширина части полигона, торфа которой размещаются на правый борту россыпи.

В бестранспортных системах разработки с последовательной перевалкой пород вскрышных заходок в конечные внешние отвалы достижение наибольшей производительности и наименьших объемов переэкскавации торфов возможно при определенной ширине заходок. Поэтому, установив ширину вскрышной за-ходки, можно определить необходимое количество экскаваторных заходок в поперечном сечении карьера, и решение задачи распределения объемов вскрышных пород во внешние отвалы выполнить посредством упорядоченного поиска.

Известными переменными поставленной задачи являются ширина карьера, количество заходок, порядок отработки заходок и отвалообразования, зависимости между которыми для экскаваторной разработки с внешним отвалообразовани-ем установлены. За критерий, определяющий границу деления разрабатываемой россыпи по ширине на полосы, принимаем наименьший коэффициент переэкскавации в технологической схеме [78].

Для достижения минимума переэкскавации при четном числе заходок и от-валообразовании на горизонтальные поверхности контур карьера в плане делится на две равные по ширине полосы, и в отвалах на противоположных сторонах карьера размещается равное количество пород вскрышных заходок.

Промежуточные отвалы пород от разработки нечетного числа вскрышных заходок могут быть размещены в групповые отвалы в равном количестве плюс один отвал. Поэтому при решении задачи в этом случае нужно только определить, на каких площадках (условно левую или правую), примыкающие к противопо ложным бортам карьера, сколько промежуточных отвалов нужно размещать. В этом случае, это диктуется только уклоном поверхности. Для сравнительной оценки решения можно изменить параметры отдельной заходки до получения общего четного количества заходок и сопоставить показатели.

Предварительно расчеты параметров вскрышных работ выполняются по известным методикам, например, представленным в [63].

Значение коэффициента переэкскавации Кп, м3/м3, для схем с последовательной перевалкой промежуточных отвалов определяется по эмпирическим зависимостям или рассчитывается по формуле V1 х N1 + V2 х N2 ...... Vi х Ni KП= , (3.8) VВ где V1, V2, … , Vi - соответственно объемы отвалов от первой, второй, i-ой заходок, м3; Vв - суммарный объем торфов, м3; N1, N2, …, Ni - количество ходов драглайна для перемещения пород каждой заходки в конечный отвал, шт.

Количество ходов драглайна, необходимое для размещения торфов от выемки пород первой заходки в групповой отвал, определяется по формуле

При бестранспортном внешнем отвалообразовании с одноярусной отсыпкой отвалов взаимосвязь ширины карьерного и отвального полей в поперечном сечении Dn, м, с конструктивными элементами карьера и группового отвала (рисунок 3.12) в общем виде отражается следующими уравнениями:

Схема определения конструктивных элементов карьерного и отвального полей При применении усложненных технологических схем с поярусной отсыпкой отвалов размер карьерного и отвального полей в поперечном сечении Dnу., м, определяется по формуле Dnу =Dn - 2Ji=1 Lni 1, (3.13) где L1 - часть ширины отвального поля от размещения отвала пород первой за-ходки за радиусом разгрузки драглайна, м; Lni - ширина основания промежуточных отвалов, размещаемых во втором ярусе, м; n2 - количество вскрышных заходок, породы от которых размещают во втором ярусе. При расчетах учет пустот между гребнями отвалов компенсируется увеличением коэффициента разрыхления пород в среднем в 1,1 раза. В этом случае шаг отвалообразования, м, находится из уравнения

После выполнения расчетов по минимальному коэффициенту переэкскавации в технологической схеме устанавливается точка деления контура. На рисунке 3.13 показаны результаты расчетов суммарного коэффициента переэкскавации при отработке сечения карьера пятью заходками одинаковой ширины и внешнем отва-лообразовании на горизонтальной и наклонной поверхностях, примыкающих к бортам карьера. В рассмотренном случае при заданных параметрах заходки и мощности вскрыши на горизонтальную поверхности, примыкающую к правому борту карьера, размещаются отвалы от одной заходки и на противоположную сторону карьера в отвал отсыпаются породы от разработки четырех заходок. По известным параметрам заходок и определяются сечения (объемы) отвалов.

Технологические схемы разработки россыпей драглайном при делении россыпи на экскаваторные блоки

В рассмотренной выше технологической схеме (см. раздел 4.1) для погрузки и транспортировки песков, отсыпаемых драглайном на поверхность, используется комплекс выемочного и транспортного оборудования, например, экскаватор марки ЭКГ + автосамосвал БелАЗ или колесный погрузчик. При отработке навала песков с использованием экскаваторно-автомобильного комплекса присутствуют затраты на выемочно-погрузочные и транспортные работы, а в отдельных случаях требуется устройство временных автомобильных дорог для вывозки полезного ископаемого.

Если использовать отсыпку полезного ископаемого драглайном в кузов автосамосвала, то производительность драглайна снижается из-за простоев, связанных с установкой автосамосвала под погрузку и ожиданием транспорта.

Для исключения перечисленных недостатков автором обоснована технология разработки россыпных месторождений драглайном поперечными заходками, предусматривающая деление россыпи по ширине на экскаваторные блоки (рисунок 4.7).

При отработке поперечной заходки с попеременной выемкой полезного ископаемого и вскрыши драглайном каждый экскаваторный блок по длине отрабатывают частями в установленном порядке. Пески размещают за контуром россыпи, а внутренний отвал вскрышных пород – в выработанное пространство. Например, при отработке экскаваторного блока драглайн размещают внутри его контура (рисунок 4.8). Блок отрабатывается частями: сначала крайние части, примыкающие к его торцам, а затем после перемещения экскаватора за границу блока отрабатывается его центральная часть.

При экскавации и отсыпке полезного ископаемого в навал экскаватор находится в точке, которая лежит на дуге окружности, центр которой является точкой разгрузки ковша драглайна. Вскрышные породы из крайних частей экскаваторного блока размещаются в выработанное пространство, которое образует пионерную часть внутреннего отвала, а полезное ископаемое отсыпают за контур карьера. Для увеличения высоты и снижения объемов работ при последующей рекультивации возможна подсыпка бортов выемки породами вскрыши. Далее драглайн перемещают за границу блока в точку, также находящуюся на дуге окружности. В процессе перемещения отрабатывается центральная часть заходки, при этом пустые породы отсыпают также во внутренний отвал, формируя тем самым окончательно отвал вскрыши. Полезное ископаемое из центральной части блока аналогично отсыпается в навал за пределами карьера, и тем самым окончательно создается навал песков, который вмещает весь объем полезного ископаемого из блока. Далее драглайн аналогично отрабатывает следующие блоки в заходке, а созданные навалы полезного ископаемого после того, как они окажутся за радиусом действия драглайна, отгружают другим оборудованием или перерабатывают на месте.

Исследование взаимосвязи производительности драглайна и параметров экскаваторного блока, выполненное с использованием аналитических моделей (глава 3 и раздел 4.1), показало, что увеличение длины блока, а соответственно, длины фронта работ, позволяет повысить производительность драглайна (рисунок 4.9) и увеличить объем добычи песков. Так, анализ разработки россыпи глубиной 15 м с мощностью песков 4 м показывает, что при длине блока 90 м (ширина россыпи – 180 м) годовой объем добычи песков при делении фронта работ на два блока увеличивается на 36 % при снижении себестоимости добычи песков и удельных капвложений соответственно на 39 и 35 %.

Поэтому эффективность отработки россыпей шириной, не превышающей суммарную длину двух экскаваторных блоков, по отношению к отработке поперечными заходками и экскаваторно-транспортным комплексом будет выше. Однако при установлении области применения данной технологии следует вводить ограничение по глубине россыпи, которая из-за ограничения выработанного пространства будет меньше. Например, в случае работы драглайна ЭШ-20.90 поперечными заходками предельная мощность россыпи с мощностью песков 6,0 м составляет 28,7 м, а при работе с использованием экскаваторных блоков – 20,1 м.

При формировании отвала песков за контуром карьера его максимальный объем будет достигаться при наибольшем радиусе отсыпки Rр, м (формула 4.4), что соответствует условию размещения оси хода драглайна на линии контура карьера, т. е. в этом случае координата установки драглайна относительно линии контура карьера Х = 0.

Длина экскаваторного блока, как показано выше, зависит от рабочих параметров драглайна, места нахождения его оси хода в за ходке, углов поворота при черпании и отсыпке песков, а также заданных условий размещения навала песков за контуром блока.

Предельная длина экскаваторного блока определяется из условия размещения навала песков на поверхности за промышленным контуром россыпи и взаимосвязана с местом размещения оси хода драглайна относительно верхней бровки борта карьера (рисунок 4.11).

При экономической оценке эффективности решения используется ряд показателей, одним из которых является чистый дисконтированный доход (ЧДД).

Для технологии разработки россыпи одним драглайном поперечными за-ходками (гл. 4, раздел 4.1) установлено, что увеличение длины фронта работ приводит к изменению ЧДД с различной степенью интенсивности. Данная особенность позволяет установить предельную ширину промышленной части россыпи по наибольшему значению ЧДД в сопоставлении с технологией разработки россыпи экскаваторно-транспортным комплексом (рисунок 4.13).

Так, при рассмотренных конструкциях технологических схем и установленных для моделирования параметрах экскавации экономически обоснованная граница применения технологии с одним драглайном на вскрышных и добычных работах, в зависимости от мощности песков, будет определяться предельной шириной промышленной части россыпи 180–420 м.

Обоснованная технология разработки россыпей драглайном при делении фронта работ на блоки (глава 4, раздел 4.2), по сравнению с разработкой россыпи поперечными заходками, позволяет устранить зависимость между вскрышными, добычными работами и промывкой песков. Однако следует учитывать, что при отработке россыпи с делением фронта работ на экскаваторные блоки уменьшается мощность вскрыши из-за необходимости отсыпки центральной части пород экскаваторного блока на плотик с оставлением пространства для дренажа или перемещения вспомогательного оборудования. Зависимость предельной глубины россыпи от ширины заходки при разработке россыпи поперечными заходками одним драглайном и при делении на экскаваторные блоки (рисунки 4.14 и 4.15) показывает, что при поперечных системах разработки для ЭШ-20.90 (ширина заходки – 40 м, мощность пласта – 6 м) предельная глубина разрабатываемой россыпи больше в 1,4 раза, а для ЭШ-11.70 при тех же параметрах разработки ее величина увеличивается в 1,7 раза.

Сопоставительная технико-экономическая оценка рассматриваемых технологий (таблицы 4.1 и 4.2) показывает, что применение технологии разработки россыпи при делении ее на экскаваторные блоки также позволяет увеличить годовые объемы и уменьшить себестоимость добычи песков, снизить капитальные затраты за счет исключения транспорта и погрузочного оборудования для перемещения песков за контур россыпи.