Глава 6.
Энергетический анализ развития техники и технологических процессов на карьерах
1.6 Современное состояние техники и технологии разработки месторождений полезных ископаемых.
Применение современной техники на карьерах позволило полностью механизировать добычу, применяя, как правило, разработку месторождений полезных ископаемых открытым способом уступами высотой 15—20 м, шириной заходки 18—24 м, высотой рабочей зоны 60—100 м, длиной фронта работ на горизонте при железнодорожном транспорте 3—4 км, при автомобильном — 1,5—2 км.
Угол откоса рабочего борта карьера составляет 24—28°. Вскрытие осуществляется наклонными траншеями внешнего и внутреннего заложения. Причем различий в технологии разработки полускальных и скальных пород в настоящее время практически нет. Отличаются только отдельные виды машин в комплексной механизации.
Анализ технологии с применением существующей техники, показывает, что за период развития открытого способа вместимость ковшей экскаватора увеличилась в среднем в 10 раз, рабочие параметры экскаваторов увеличились почти в 6 раз, вес и мощность примерно 8—10 раз, вместимость сосудов транспортной техники увеличилась в 5 раз.
В планах развития техники для разработки скальных горных пород эти параметры имеют тенденцию к еще большему увеличению при сохранении прежней технологии.
В настоящее время степень использования оборудования составляет 60-70 % поэтому с увеличением параметров существующих видов горнотранспортной техники при сохранении технологии ведения горных работ будут увеличиваться затраты на производство продукции горной массы.
Эти обстоятельства ставят вопрос о совершенствовании существующей технологии разработки месторождений с крепкими горными породами и главное организации горных работ для доведения степени использования мощного надёжного оборудования в технологическом потоке до 95-97 % , а также возможных перспективах развития техники и технологии на карьерах со скальными породами.
Принципы формирования комплектов оборудования для разработки скальных и полускальных горных пород на основе энергетического метода по технологическим потокам с внутренней организацией и автоматизацией в нем позволят специализировать технику, а, следовательно, снизить затраты на производство продукции.
2.6 Буровзрывная подготовка горных пород к выемке
Бурение. С энергетической позиции, как показано выше, разрушение единицы объема массива для получения горной массы требуемой степени дробления зависит от свойств массива и молекулярных связей горной породы. Дробление массы осуществляется взрывным или механическим способами.
В настоящее время взрывной способ благодаря концентрации большой энергии в единице объема взрывчатого вещества отвечает требованиям подготовки горной массы в больших объемах в единицу времени.
Преимущество взрывного дробления горных пород в массиве заключается в том, что взрыв воздействует сразу на весь массив и это позволяет использовать естественную трещиноватость для разрушения.
Механическое дробление создает напряжение только по осевой линии между контактами нагрузки. В этом случае в дроблении участвует только зона контакта. Периферийные части куска или части массива в процессе дробления в момент приложения напряжения не участвуют. Они участвуют в дроблении в следующий момент приложения нагрузки.
Эффект от взрывчатого вещества зависит от полноты его использования. При расположении обычного заряда на поверхности на дробление идёт только 5% энергии взрыва. При расположении заряда внутри взрываемого массива 7% энергии. Размещение взрывчатого вещества внутри массива связано с затратой дополнительной энергии на бурение скважин.
Но технологические требования открытого способа разработки (высота уступа, необходимость большого объема одновременно подготавливаемой горной массы и т.д.) и эффективность дробления массива взрывчатым веществом, при равномерном размещении в массиве, привели к появлению специальных средств бурения.
Возможные конструкционные параметры высоты определили оптимальный диаметр скважин 150—250 мм. История применения размещения заряда взрывчатого вещества в скважинах большого диаметра связана с постоянным присутствием негабаритов.
Интересно отметить в этой связи, что со времени появления возможности размещения заряда взрывчатого вещества в скважинах 250 мм вместимость ковшей экскаваторов увеличилась у нас в 6 раз, а процент выхода негабарита как при ковше 1,5 м3, так и 12.5 мэ, находится на уровне 1,5—3%. Это объясняется тем, что при увеличении вместимости ковша увеличивается одновременно и сетка скважин.
Существующие расчетные зависимости взрывного рыхления показывают, что с увеличением диаметра возможно увеличить сетку скважин, а следовательно, вследствие неравномерности свойств массива с рассредоточением зарядов уменьшается надежность получения необходимой степени дробления, а это в свою очередь, ведет к увеличению затрат на выемку, перемещение и переработку горной массы. В настоящее время технические сродства позволяют обеспечивать бурение скважин до 380-450 мм, поэтому необходимо менять сам принцип выбора диаметра. Он должен быть основан на свойстве заряда данного диаметра взрывчатого вещества определенного типа и обеспечивать надежное дробление объема массива в необходимой степени. Размещение зарядов с учетом размеров разрушаемых объемов определяет сетку скважин. При этом, естественно, диаметр заряда должен быть максимально возможный.
Затраты энергии на бурение пропорциональны квадрату диаметра скважин. Отсюда можно сделать вывод, что, уменьшая диаметр скважин в п раз, можно, прилагая такое же количество энергии, пробурить п2 скважин меньшего диаметра, увеличив тем равномерность размещения взрывчатого вещества и, следовательно, степень дробления.
Следовательно, с энергетических позиций уменьшение диаметра скважин позволяет уменьшать затраты как на бурение, так — через улучшение качества горной массы — на выемку, перемещение и переработку или отвалообразование.
Однако технология бурения скважин малого диаметра ставит ограничение в глубине бурения (малая жесткость штанг, затруднения удаления продуктов бурения и т.д.). Применение скважин малого диаметра требует уменьшения высоты уступа.
Экспериментальные работы и иностранный опыт показывают, что при снижении высоты уступа до 4-5 метров при хорошем качестве дробления производительность экскаватора не снижается. При автомобильном и конвейерном транспорте с консольным перегружателем заметного увеличения затрат в общем технологическом цикле от уменьшения высоты уступа не будет.
Технология разработки горизонтов при уменьшении высоты уступа потребуется иная. Горизонт, принятый в настоящее время высотой 20 м, может отрабатываться уступами (слоями) меньшей, но кратной горизонту, высоты. Эта технология отработки горизонта позволит сохранить, а в некоторых случаях (например, при увеличении высоты горизонтов до 30—50 м) и уменьшить угол рабочего борта карьера.
Уменьшение диаметра скважин высоты уступа ведет и уменьшению общего заряда, что вместе с короткозамедленным взрыванием уменьшает сейсмическое воздействие на борта карьера. Поэтому угол откоса борта карьера при погашении вследствие меньшей нарушенности может быть увеличен.
Следовательно, подготовка скальной горной массы скважинам малого диаметра перспективна. Величина его должна определяться свойствами заряда взрывчатого вещества и взрываемого массива обеспечения надежного дробления горной массы требуемого качества.
Однако в настоящее время нет буровых машин, позволяющих эффективно бурить скважины малого диаметра на карьерах.
Отсюда задача конструирования и создание высокопроизводительных буровых машин, объединенных в агрегаты для одновременного бурения серии скважин малого диаметра.
