Содержание к диссертации
Введение
1. Транспортные связи забоев с поверхностью применяющихся на месторождениях природного камня Урала. Направления исследований 8
1.1. Краткая хронология формирования схем вскрытия и транспортных связей забоев с поверхностью на месторождениях природного камня Урала 8
1.2. Анализ транспортных связей забоев с поверхностью, применяющихся на карьерах природного камня Урала в настоящее время 15
1.3. Состояние изученности схем вскрытия и транспортных связей забоев с поверхностью на карьерах природного камня. Направления исследований 23
Выводы 27
2. Исследование транспортных связей забоев с поверхностью на карьерах природного камня Урала 28
2.1. Краткая характеристика транспортных связей забоев с поверхностью 28
2.1.1. Транспортные связи при траншейном вскрытии месторождений 29
2.1.2. Грузотранспортные связи при вскрытии месторождений крутыми траншеями 30
2.1.3. Транспортные связи при бестраншейном вскрытии месторождений природного камня 31
2.2. Основные расчетные параметры системы разработки при бестраншейном вскрытии 36
2.2.1. Высота и количество уступов и конструктивная высота бортов карьера 36
2.2.2. Длина и конфигурация фронта работ на добычном горизонте 37
2.3. Ширина рабочей площадки при бестраншейном вскрытии.. 38
2.4. Устойчивость уступов и бортов карьеров, нагруженных грузоподъемным оборудованием 43
2.4.1. Схемы с неблагоприятными условиями залегания прир>р'р,р=15...65 44
2.4.2. Схема с неблагоприятными условиями залегания прир>р'р,Р>65 47
2.5. Промышленная безопасность при бестраншейном вскрытии 49
Выводы 50
Выбор грузоподъемных машин для грузотранспортных связей забоев с поверхностью в зависимости от параметров систем разработки 51
3.1. Технические характеристики грузоподъемных машин, которые возможно использовать применяемых при бестраншейном вскрытии месторождений 51
3.2. Расчет грузоподъемности кранов 55
3.3. Расчет пролета и длины стрелы грузоподъемных кранов 55
3.3.1. Деррик-краны 55
3.3.2. Полукозловые и козловые краны 58
3.3.3. Башенные краны 60
3.3.4. Кабельные краны 62
3.3.5. Мостовые краны 63
3.4. Производительность грузоподъемных машин, используемых в бестраншейных схемах вскрытия 65
3.5. Устойчивость стреловых кранов 66
Выводы 68
Оптимальные схемы бестраншейного вскрытия и расчет их эффективности 69
4.1. Бестраншейное вскрытие опытных карьеров 69
4.1.1. Варианты грузотранспортных связей при строительстве опытных карьеров с использованием стреловых кранов 70
4.1.2. Вариант грузотранспортной связи забоев с поверхностью с использованием козлового крана 72
4.2. Бестраншейные схемы вскрытия на эксплуатирующихся месторождениях природного камня 75
4.2.1. Варианты схем грузотранспортной связи и условия их применения 75
4.2.2. Применение бестраншейных схем вскрытия при проектировании разработки Южно-Файзуллинского месторождения родонита 80
4.3. Оценка эффективности бестраншейного вскрытия 81
4.3.1. Расчет объемов горных выработок при траншейном вскрытии месторождения 81
4.3.2. Расчет объемов горных выработок при бестраншейном вскрытии месторождения 87
4.3.3. Расчет затрат по отчуждению земель 88
4.3.4. Оценка энергетической эффективности транспортных связей 89
4.3.5. Расчет расхода эксплуатационных материалов и энергии, связанных с доставкой грузов с рабочих горизонтов на поверхность 94
4.3.6. Методика расчета экономической эффективности.. 97
4.3.6.1. Расчет инвестиций в проект и источники финансирования 97
4.3.6.2. Затраты на производство 98
4.3.7. Исследование расчетных зависимостей при траншейном и бестраншейном вскрытии месторождений 100
4.3.7.1. Зависимость капитальных затрат на строительство карьера от глубины карьера и производственной мощности 100
4.3.7.2. Зависимость средних дисконтированных эксплуатационных затрат на 1 м3 блоков 101
Выводы 114
Заключение 116
Список литературы
- Анализ транспортных связей забоев с поверхностью, применяющихся на карьерах природного камня Урала в настоящее время
- Грузотранспортные связи при вскрытии месторождений крутыми траншеями
- Расчет пролета и длины стрелы грузоподъемных кранов
- Варианты грузотранспортных связей при строительстве опытных карьеров с использованием стреловых кранов
Введение к работе
Актуальность темы. В России и на Урале из-за несовершенства транспортных связей добычных забоев с поверхностью и значительных капитальных затрат на строительство вскрывающих выработок сдерживается освоение большого количества разведанных, но не эксплуатирующихся месторождений и проявлений природного камня, которые могут реально использоваться для расширения номенклатуры изделий из камня по цвету и декоративности. Отработка выветрелых вскрышных пород, проходка траншей и съездов на карьерах природного камня осуществляется низкими темпами в основном с использованием добычного оборудования. На ввод карьеров с производственной мощностью 5 - 10 тыс. м3 в год требуется около 30-45 млн. руб. капитальных затрат и около 5 лет на строительство вскрывающих выработок. При этом невозможно быстро вскрыть нижележащие горизонты месторождений для получения высококачественных кондиционных блоков. Невозможность при траншейном вскрытии достижения в первые годы строительства и эксплуатации карьера достаточной глубины для добычи блоков высшей категории затягивает срок строительства и ведет к увеличению капитальных затрат.
Даже на стадии закладки опытного карьера в период производства детальной разведки месторождения затраты на строительство вскрывающих выработок для обеспечения транспортной связи с поверхностью достигают 35 - 40 % общих затрат на геологоразведочные работы.
В связи с этим возникла необходимость разработать новые грузотранспортные связи забоев с поверхностью с использованием для этого различных грузоподъемных машин.
Актуальность темы исследований обусловлена необходимостью дальнейшего совершенствования грузотранспортных связей забоев с поверхностью на небольших по объемам карьерах природного камня.
Объектом исследования в диссертации являются транспортные связи рабочих горизонтов с поверхностью на месторождениях природного камня.
Предметом исследований является бестраншейное вскрытие месторождений природного камня.
Цель работы заключается в разработке оптимальных технологических схем бестраншейного вскрытия месторождений природного камня и повышении их эффективности.
Идея работы заключается в исключении из грузотранспортных связей рабочих горизонтов с поверхностью автомобильного и других видов колесного транспорта на месторождениях природного камня.
Основные задачи исследований:
- исследование способов вскрытия, применяющихся на уральских месторождениях природного камня;
- обоснование возможностей и условий применения бестраншейных схем вскрытия месторождений природного камня;
- изучение технических возможностей грузоподъемных машин, которые могут применяться в грузотранспортных связях рабочих горизонтов с поверхностью на месторождениях природного камня;
- установление взаимосвязи параметров грузоподъемных машин с технологическими параметрами систем разработки на добыче блочного камня при бестраншейном вскрытии месторождений.
Методы научных исследований включают в себя: анализ ранее выполненных научных исследований; обобщение отечественного и зарубежного производственного опыта; исследования на ЭВМ; аналитические расчеты и технико-экономический анализ.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Целесообразность применения бестраншейного вскрытия на месторождениях природного камня определяется горнотехническими условиями разработки и зависит от параметров системы разработки и устойчивости горных пород.
2. Вид грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью при бестраншейном вскрытии месторождения природного камня определяется мощностью залежи и глубиной разработки.
3. Эффективность бестраншейного вскрытия месторождений природного камня возрастает с увеличением производственной мощности карьера по блокам и срока отработки месторождения.
Научная новизна результатов работы состоит в том, что впервые обоснованы:
- условия применения бестраншейного вскрытия на месторождениях природного камня;
- взаимосвязи основных параметров грузоподъемных машин, применяющихся в бестраншейных схемах вскрытия, с горнотехническими условиями месторождений природного камня и параметрами системы разработки.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается сопоставимостью результатов, полученных аналитическим путем, с данными, полученными с использованием методов математической статистики. Погрешность результатов по аналитическим зависимостям не превышает 5-7 %.
Практическое значение. Внедрение в практической деятельности предприятий по добыче природного камня результатов выполненных исследований позволит:
- ускорить сроки проходки и сократить капитальные затраты на опытные карьеры в период детальной разведки месторождения природного камня;
- сократить период строительства эксплуатационного карьера, ускорить ввод производственных мощностей с уменьшением капитальных затрат на эти цели;
- упростить расконсервацию бортов и уступов при возобновлении добычных работ на карьерах природного камня;
- осуществить переход с траншейного на бестраншейное вскрытие на месторождении природного камня в период эксплуатации с минимальными затратами на горно-капитальные работы.
Личный вклад автора состоит в научном обосновании и разработке основных принципов бестраншейного вскрытия месторождений природного камня с применением для связи рабочих горизонтов с поверхностью серийно выпускающихся промышленностью грузоподъемных машин.
Реализация результатов работы.
Основные научные положения и рекомендации, изложенные в диссертационной работе, использованы при подготовке проекта реконструкции Южно-Файзуллинского месторождения родонита. Результаты исследований используются в учебном процессе по дисциплине «Геомеханика» для студентов специальности 130403 -«Открытые горные работы» (ОГР) направления 130400 - «Горное дело».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях по тематике научного, практического и информационного обеспечения добычи и обработки природного камня, организуемых Центром Камня на базе ООО «Экспериментальный завод» (г. Реж) в 2002, 2004, 2006 гг., на Уральской горнопромышленной декаде УГГГА (апрель 2003 г.), на научно-практической конференции «Природный камень в России» на II Международной выставке «Камень-2005» в г. Москве, на пятой (2005 г.) и шестой (2006 г.) Международных научно-технических конференциях «Добыча, обработка и применение природного камня» в Магнитогорском государственном техническом университете.
Публикации. Всего автором опубликована 21 научная статья, в том числе по теме диссертации -11.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложена на 131 странице машинописного текста, имеет 30 таблиц, 68 рисунков и список использованной литературы из 88 наименований.
Анализ транспортных связей забоев с поверхностью, применяющихся на карьерах природного камня Урала в настоящее время
К концу XX столетия на Урале сформировался достаточно мощный комплекс по добыче блочного камня. В 1995 году на большей части месторождений горных пород средней прочности для добычи блочного камня применялись камнерезные машины с кольцевым и цепным баром и лишь на Каркодинском - алмазоканатные машины. Естественно, что на всех карьерах, имеющих протяженный фронт работ, принимался траншейный способ вскрытия с транспортными горизонтами на каждом уступе или на группу из 3 - 5 уступов.
При формировании транспортных связей рабочих горизонтов с поверхностью выбора не было, и везде применялся автомобильный транспорт с погрузкой кранами. Наиболее типичным аналогом стала транспортная сеть Коелгинского мраморного карьера (рис. 1.10). Все заезды на транспортные горизонты были выполнены насыпными съездами. Для их формирования были использованы горные породы мягкой и частично скальной вскрыши. Верхнее дорожное полотно было отсыпано отходами от дробления фракции 0...5 мм, имеющимися в навалах дробильно-сортировочной фабрики. При смене направлений работы насыпные съезды переносились в нужное направление.
Постепенное увеличение производственной мощности карьера требовало постоянной углубки карьера и расширения фронта работ. Вследствие чего для создания необходимых фронтов и транспортных съездов производилась разноска бортов. Добычные работы сконцентрировались на 5...6 технологических комплексах, каждый из которых обслуживался отдельным стреловым краном грузоподъемностью 60...63 т.
Изменять устоявшиеся транспортные связи в сложившейся ситуации не имело смысла. Аналогичная ситуация сложилась и на других карьерах природного камня, поэтому в настоящее время большая часть их вскрыта наклонными траншеями внешнего или внутреннего заложения.
Для применения стреловых кранов и колесного транспорта требовалось опережающее создание транспортных площадок (рис. 1.11) и съездов. Если учесть, что в то время вскрышные работы и проходка траншей в скальных породах осуществлялись с помощью камнерезных машин, то все это приводило к затягиванию сроков строительства карьеров и выхода их на проектную производственную мощность.
Ширина транспортных рабочих площадок значительно увеличивалась, так как требовалось разместить не только технологическое оборудование для добычи, но и создать площадки для размещения стреловых кранов и транспортных средств. Это приводило к значительному увеличению объемов вскрышных работ и времени их производства.
При значительной скорости подвигания горных работ - 15-20 м/год - требовалось большое внимание уделять вскрышным работам для создания необходимого опережения и норматива вскрытых запасов, который предусматривается нормами технологического проектирования [57] не менее 3-х месяцев.
Однако на некоторых карьерах применение на погрузочных работах стреловых кранов с заездами на рабочий горизонт оказалось не совсем удачным. Так, например, на Уфалейском месторождении мрамора (рис. 1.12), отрабатываемом наклонными слоями с высотой уступа до 1 м, заезд на отдельные рабочие площадки оказался невозможным. В такой ситуации потребовалась перевалка блоков и другой горной массы на транспортные горизонты двумя кранами, один из которых находился вблизи забоев камнерезных машин, а другой - на транспортном горизонте. Коэффициент использования во времени призабойного крана составлял К"т = 0,1 ...0,2.
То же самое имело место и при вскрытии Южно-Коелгинского месторождения мрамора, на котором после вскрытия выветрелых горных пород буровзрывным способом добычные работы стали производиться уступами высотой 2 м баровыми камнерезными машинами с заездами на каждый рабочий горизонт (рис. 1.13). Коэффициент использования во времени стреловых кранов составлял К"к = 0,05...0,1. Транспортные заезды и радиусы кривых на поворотах не соответствовали типу применяемого автотранспорта.
Подготовка к выемке выветрелых горных пород на Макаровском месторождение мрамора производилась добычным способом вначале баровыми камнерезными машинами, а затем - с использованием комбинации из алмазоканатных и баровых камнерезных машин уступом высотой 2,5...3 м. При длине фронта работ 25...30 м стреловой кран ДЭК-630 (рис. 1.14) так же использовался нерационально с коэффициентом использования во времени K"s = 0,15...0,2. Вскрытие продуктивных горизонтов на месторождении затянулось на пять лет. В этот период предприятие постоянно испытывало экономические трудности, а камнерезный цех работал в основном на привозном сырье.
Во всех трех описанных выше случаях (рис. 1.12, 1,13 и 1.14) было бы более рационально применить бестраншейные схемы вскрытия с использованием для грузотранспортной связи забоев с транспортными горизонтами специальных грузоподъемных машин - деррик-кранов или козловых кранов. Это позволило бы более рационально использовать грузоподъемные машины, избежать строительства значительных транспортных площадок, выйти на добычные горизонты в более короткие сроки, чем это произошло в действительности, и начать отработку месторождений более эффективными высокоуступными технологическими схемами.
В тех случаях, когда протяженность фронта добычных работ не превышает 50 м и при высокоуступной схеме добычи продвижение фронта работ составляет 5...10 м в год, более эффективно применение деррик-кранов вместо стреловых кранов, как это было успешно осуществлено на Каркодинском месторождении мрамора (рис. 1.15). В данном случае деррик-кран был установлен на транспортном горизонте, расположенном на 18 м выше рабочего горизонта. На транспортном горизонте в радиусе действия стрелы деррик-крана был создан промежуточный склад блоков, с которого велась отгрузка их на камнеобрабатывающие предприятия.
Грузотранспортные связи при вскрытии месторождений крутыми траншеями
При вскрытии месторождений крутыми траншеями для транспортной связи используются специальные наклонные подъемники.
Наклонные подъемники являются нестандартным оборудованием. Они проектируются и подготавливаются индивидуально для каждого карьера. Типовые подъемники машиностроительными предприятиями не выпускаются.
Наклонные подъемники осуществляют транспортную связь между транспортными горизонтами и поверхностью. Для связи с забоями в этих схемах применяются дополнительные машины: подтяжные лебедки, стреловые передвижные краны, автомобили, фронтальные погрузчики и др.
При вскрытии наклонными траншеями транспортная связь забоев с поверхностью значительно усложняется и становится многоступенчатой и неустойчивой. Пропускная способность наклонного подъемника ограничивается продолжительностью цикла и количеством их в сутки.
Опыт применения наклонных подъемников на Уральских карьерах (рис. 1.2) показал бесперспективность этой транспортной связи забоев с поверхностью при увеличивающейся производственной мощности карьера и невысоком выходе блочного камня из горной массы (20 - 35 %).
В связи с изложенным выше, вскрытие месторождений природного камня наклонными траншеями не получило широкого распространения как в отечественной, так и в зарубежной практике.
Бестраншейное вскрытие характеризуется отсутствием подвижного транспорта на участке «рабочий горизонт - поверхность», а, следовательно, и специальных выработок, предназначенных для движения этих транспортных средств - наклонных внешних и внутренних траншей, полутраншей и съездов. Благодаря этому ширина рабочих площадок на горизонтах имеет минимальное значение, обусловленное технологическими особенностями ведения добычных работ. В этом случае значительно сокращаются объемы горно-капитальных и подготовительных работ, капитальные затраты на их осуществление. В то же время увеличиваются затраты на приобретение оборудования, выполняющего ведущую роль в грузотранспортной схеме.
Грузотранспортная связь может осуществляться на базе полустационарных грузоподъемных машин - деррик-кранов, либо специальных грузоподъемных машин, передвигающихся по рельсовым путям - козловых, полукозловых, кабельных и башенных кранов.
На базе деррик-крана бестраншейное вскрытие широко практикуется на карьерах природного камня Италии, Португалии, Испании и ряда других стран. В России на Урале бестраншейное вскрытие применяется в основном на карьерах, характеризующихся небольшой производственной мощностью. Для грузотранспортной связи используются стационарные деррик-краны (рис. 1.15, 1.16, 1.17, 1.18).
При увеличении производственной мощности карьера транспортные схемы усложняются с установкой дополнительных деррик-кранов (рис. 2.2). Иногда используется ступенчатая схема передачи грузов с рабочих горизонтов на транспортные с перегрузкой в направлении сверху вниз или наоборот. Использование этих схем позволяет значительно сократить затраты на строительство и эксплуатацию капитальных транспортных коммуникаций. Однако применение деррик-кранов при протяженном месторождении не может быть эффективным из-за их стационарности и относительно небольшого радиуса действия крана (не более 63 м).
В последние годы на российских и зарубежных машиностроительных предприятиях были сконструированы и вошли в массовое производство мощные грузоподъемные машины для различных отраслей. Современное грузоподъемное оборудование характеризуется большой зоной обслуживания, высокими скоростями подъема-опускания и перемещения груза и значительной грузоподъемностью.
Проведенными нами исследованиями было установлено, что при разработке многих месторождений природного камня для грузотранспортной связи целесообразно использование серийно выпускающихся в настоящее время козловых (рис. 2.3) и полукозловых (рис. 2.4) кранов различных модификаций.
Эти краны могут успешно использоваться как на разработке новых месторождений, так и на расконсервации погашенных бортов действующих или временно не эксплуатирующихся месторождений природного камня.
Для расконсервации погашенного уступа удобно использовать полукозловои или козловой кран с разновысокими опорами. На рис. 2.4
Особенно эффективно применение таких кранов при разработке протяженных крутопадающих месторождений с небольшой мощностью залежи, когда вскрытие его традиционным способом наклонной траншеей внутреннего или внешнего заложения экономически не оправдывается, даже при высокой стоимости и эксклюзивности горной породы разрабатываемой на блоки.
В отдельных случаях целесообразно применение для транспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью кабельных кранов с большой грузоподъемностью и пролетом.
Практика применения стационарных кабельных кранов на уральских карьерах природного камня - Уфалейском, Коелгинском мраморном и Шабровском тальковом комбинате (карьер «Старая линза») показала, что, несмотря на неоспоримые преимущества этой транспортной схемы, отсутствие поперечного перемещения существенно снижает их возможности. Так как подтягивание краном грузов со стороны запрещено правилами безопасности [64], то для нормальной работы этой транспортной схемы необходимо применение дополнительно тяговых лебедок и других устройств, обеспечивающих доставку грузов в зону действия кабель-крана.
Расчет пролета и длины стрелы грузоподъемных кранов
Использование при бестраншейных схемах вскрытия специальных грузоподъемных машин обуславливает повышенные требования к безопасности их в рабочем и нерабочем состоянии.
Особенно это важно при использовании стреловых - башенных и деррик-кранов [56,64].
Для башенных кранов во избежание его опрокидывания проверяется устойчивость в различных ситуациях, а для деррик-кранов - надежность крепления их платформы и стоек к фундаменту. Устойчивость свободностоящего крана проверяется по правилам Ростехнадзора в рабочем и нерабочем состоянии: а) рабочее состояние G-[(b + c)-cosa-hrsma]- а\ - (a-b h- -Wp-W кх -—— : ш пн( s\ -.us Q\a-b) (3.33) члены —-\ и -=- -h учитываются при проверке устойчивости в рабочем &i 01 состоянии в направлении передвижения крана, если кран предназначен для перемещения с грузом; б) нерабочее состояние С{{Ь -c).cosg-Vsinauls (зз4) W2p2 где Kj - коэффициент устойчивости крана в рабочем состоянии; К2 - коэффициент устойчивости крана в нерабочем состоянии; G - вес крана, кг; Q - вес наибольшего рабочего груза, кг; а - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести подвешенного наибольшего рабочего груза при установке крана на горизонтальной плоскости, м; Ъ - расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания, м; с - расстояние от оси вращения крана до его центра тяжести, м; Н - расстояние от головки стрелы до центра тяжести подвешенного груза (принимая, что центр тяжести располагается на уровне земли), м; h - расстояние от головки стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м; hi - расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м; v - скорость подъема груза, м/с; при наличии свободного опускания груза расчетная величина скорости принимается равной 1,5v; V/ - скорость передвижения крана, м/с; п - число оборотов крана в минуту; t - время неустановившегося режима работы механизма подъема (пуск, торможение), сек; t] - время неустановившегося режима работы механизма передвижения (пуск, торможение), сек; р, p/=h и р2 - расстояние от плоскости, проходящей через точки опорного контура, до центра приложения ветровой нагрузки, м; а - угол наклона крана (уклон пути), град.; g - ускорение силы тяжести; g = 9,81 м/сек ; W - сила давления ветра, действующего параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь крана (по ГОСТ 1451-77) для рабочего состояния крана, кг; Wi - сила давления ветра, действующего параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь груза (по ГОСТ 1451-77) для рабочего состояния крана, кг; W2 - сила давления ветра, действующего параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь крана (по ГОСТ 1451-77) для рабочего состояния крана, кг; (для рабочего состояния крана).
Если условия (3.33) и (3.34) соблюдаются, то безопасная работа гарантируется. Если же не соблюдаются, то следует пересмотреть расчетные параметры (Q, а) и выполнить новые расчеты на устойчивость.
1. Максимальная грузоподъемность кранов определяется исходя из веса максимального блока или технологической машины опускаемой в рабочую зону карьера, либо переставляемой с уступа на уступ.
Для башенных и стреловых кранов она определяется величиной необходимого грузового момента (Qrp.max"Lp) на заданном вылете стрелы.
2. Эффективная площадь зоны обслуживания деррик-краном определяется длиной стрелы, значениями максимального (угол наклона стрелы к вертикали 82) и минимального (угол наклона стрелы 15) радиусов зоны.
3. Шаг перестановки деррик-кранов определяется его годовой производительностью и значением максимального радиуса обслуживания и высотой уступов, находящихся в этой зоне.
4. Шаг перестановки козловых, полукозловых и башенных кранов определяется длиной зоны обслуживания, длиной стрелы или пролета крана, высотой уступов, находящихся в этой зоне и скоростью передвижения фронта работ.
5. Необходимая длина стрелы или пролета крана на месторождениях природного камня определятся мощностью залежи, основными параметрами системы разработки, устойчивыми конструктивными углами погашения уступов и глубиной отработки месторождения.
6. Производительность любого крана зависит от длительности рабочего цикла, коэффициента использования грузоподъемности рабочего времени, а также продолжительности годового фонда рабочего времени.
7. При использовании в грузотранспортных схемах стреловых кранов необходимо обратить особое внимание на устойчивость башенных кранов и надежность крепления опор деррик-крана. Коэффициенты устойчивости крана в рабочем и нерабочем состоянии должны быть не менее 1,15 (К, 1,15; К2 1,15).
Несмотря на имеющийся зарубежный и отечественный опыт разработки месторождений природного камня, вскрытие новых месторождений природного камня на Урале в период разведки и эксплуатации производится, как правило, наклонными траншеями с использованием для грузотранспортной связи автомобильного транспорта.
В дальнейшем, в процессе эксплуатации карьера, на нем могут устанавливаться деррик-краны и делается переход на бестраншейное вскрытие. В качестве примеров можно привести Южно-Султаевский, Западно-Султаевский и Сибирский гранитный карьеры.
Не применяется бестраншейное вскрытие и при строительстве опытных карьеров в период геологоразведочных работ.
В связи с этим, в настоящей работе приведены примеры использования бестраншейного вскрытия на некоторых месторождениях в период производства геологоразведочных и добычных работ.
Бестраншейные схемы вскрытия нашли широкое применение в зарубежной практике, где для этого используются стационарно установленные деррик-краны. В виду их стационарности они имеют ограниченную зону обслуживания, в которую часто доставка груза внутри карьера осуществляется с помощью тяговых лебедок и погрузчиков.
Изучив серийно выпускающиеся в настоящее время грузоподъемные машины, мы пришли к выводу, что во многих случаях при разработке месторождений природного камня более целесообразно применение бестраншейного вскрытия с использованием кранов, перемещающихся вдоль фронта работ.
Варианты грузотранспортных связей при строительстве опытных карьеров с использованием стреловых кранов
Возможные варианты грузотранспортных связей забоев с поверхностью на месторождениях природного камня при бестраншейном вскрытии приведены в табл. 4.4. Эти связи могут осуществляться путем применения одиночных или нескольких грузоподъемных машин, работающих параллельно, если один кран не обеспечивает заданной производительности, либо последовательно в передаточных схемах снизу вверх при углубочной схеме развития карьера, либо сверху вниз при работе в горной местности.
В передаточных схемах возможно применение разнотипных грузоподъемных машин: деррик-кран - козловой кран, козловой кран -башенный кран и т.д.
Применение той или иной схемы грузотранспортной связи забоев с поверхностью обосновывается технико-экономическими расчетами.
При построении схемы грузотранспортной связи забоев с поверхностью необходимо максимально реализовать технические данные грузоподъемной машины применительно к горно-геологическим и горнотехническим условиям данного месторождения. В технико-экономических расчетах учитываются параметры месторождения: длина, ширина, угол падения полезной толщи, технически целесообразная глубина отработки.
Кроме того, в расчетах учитывается производственная мощность карьера, выход кондиционных блоков из добытой горной массы и ряд других факторов.
Характерной особенностью бестраншейного вскрытия месторождений природного камня является установка грузоподъемного оборудования непосредственно на бортах карьера за пределами берм безопасности. Ограничениями возможности применения типа применяемого оборудования являются его технические характеристики, к ним относятся: максимальная высота подъема крюка, длина пролета или длина стрелы крана. Также ограничивающим фактором является устойчивость бортов карьера при данном типе оборудования, которая зависит от типа горных пород в бортах карьера.
Отсюда следует необходимость определения условий применения каждого типа грузоподъемного оборудования. Для вскрытия крутопадающих месторождений было рассмотрено два варианта с конструктивными углами бортов карьера - 60 и 50 с различными горизонтальными мощностями залежи определялась максимальная глубина карьера, а для вскрытия пологих протяженных месторождений учитывалось количество рабочих горизонтов, обслуживаемых каждым видом оборудования. В результате исследований были получены три диаграммы, с помощью которых можно определить тип оборудования при заданной мощности и глубине отработки карьера.
Ранее на месторождении производилась добыча марганцевой руды. Дальнейшая отработка месторождения на марганец оказалась нецелесообразной. Однако месторождение представлено уникальными залежами поделочного родонита. Дальнейшая отработка его возможна либо путем вскрытия спиральными съездами с удалением вскрышных горных пород по контуру 5 на рис. 4,4, либо - бестраншейного вскрытия с использованием для транспортной связи полукозлового крана. В этом случае потребуется незначительная выемка дополнительного объема вскрышных пород по контуру 4. Технико-экономические расчеты показали, что в первом случае при вскрытии спиральными съездами для отработки запасов до горизонта +480 м потребуется вынуть дополнительно 404,1 тыс. м3 вскрышных горных пород, в то время как при бестраншейной схеме вскрытия объем дополнительных вскрышных пород составит 23,6 тыс. м . По расчетам на предприятии экономический эффект от использования козлового крана для грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью составит 171,37 млн. рублей (57,4 %). При бестраншейной схеме вскрытия сократятся эксплуатационные затраты на транспорт и содержание дополнительных транспортных коммуникаций, на отвалообразование вынутых вскрышных пород, упростится схема погрузка блочного камня в автотранспорт. Сократятся площади отчуждаемых земель под карьер и отвалы, а, следовательно, и плата за землю.
Методика оценки эффективности бестраншейного вскрытия основана на экономическом сравнении капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с типом грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью. Основой оценки является минимум удельных капитальных затрат обусловленных способом вскрытия на единицу производственной мощности карьера с учетом индекса инфляции. Особенности расчетов технологических параметров при использовании всех видов кранов на месторождениях природного камня детально исследованы и приведены в работах [43,44,45,47,48].
Исследование траншейного вскрытия месторождений природного камня показали, что в основном месторождения вскрываются траншеями с однополосным движением, так как данные предприятия характеризуются относительно небольшой производственной мощностью. Траншеи могут проходиться как по продуктивному массиву, так и по вмещающим породам в последнем случае значительно повышается объем вскрышных пород, хотя и уменьшаются потери полезного ископаемого. Также необходимо учитывать поверхностные вскрышные породы, которые должны отрабатываться за счет дополнительной площади карьера, на которой были пройдены заезды. Мощность поверхностных вскрышных -рыхлых и трещиноватых пород в среднем составляет 6-7 метров.
При бестраншейном вскрытии появляется возможность уменьшить и перенести затраты связанные со вскрышными работами на более поздний период эксплуатации. В случае применения предлагаемых вариантов транспортной связи забоев с поверхностью в относительно короткий срок можно достигнуть значительной глубины отработки карьера. Это позволит получить более качественную продукцию с нижних горизонтов уже в начальный период отработки месторождения. Также следует оценивать варианты вскрытия и по затратам энергии на подъем пород из карьера на поверхность. Очевидно, что при использовании крана для транспортной связи, затраты на подъем будут меньше чем при доставке груза автотранспортом.
