Поточная технология горных работ на карьерах
Фирма «VOEST-ALPINE BERGTECHNIK» выпускает полный спектр горного и транспортного оборудования для поточной разработки горных пород различных свойств на карьерах (рис.1). Среди них роторные экскаваторы и добычные комбайны для выемочно-погрузочных работ, конвейеры, конвейерные перегружатели и отвалообразователи для перемещения горных пород, абзецеры и специальное оборудование для отвалообразования пустых пород на отвале (рис.2).
РОТОРНЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ
Для экскавации мягких и плотных горных пород на карьере фирма выпускает восемь моделей компактных гидрофицированных экскаваторов типа VABE с емкостью ковша от 150 до 1500 литров, производительностью в разрыхленном состоянии от 500 до 6000 м3/ч и установленной мощностью от 160 до 2400 кВт (рис.3).
Конструкции всех экскаваторов унифицированы и снабжены гусеничным ходом. Диаметр роторного колеса в типоряде изменяется от 4.3 до 12 м, длина роторной стрелы от 7.5 до 27.8 м, отвальной консоли — от 15 до 30 м, с помощью которой возможна разгрузка материала на высоте от 6.65 до 18 м (табл.1). Эти экскаваторы позволяют отрабатывать уступы высотой от 7.5 до 25 м.
КОМБАЙНЫ
Для непрерывной разработки крепких горных пород фирма VOEST-ALPINE BERGTECHNIK выпускает стреловые комбайны с экскавационным органом непрерывного действия в виде фрезы.
Стреловые комбайны с фрезерным рабочим органом позволяют производить разработку массива крепких горных пород забоями, аналогично ковшевыми или роторными экскаваторами. Отделенная рабочим органом от массива порода попадает на погрузочную плиту, с которой загрузочным устройством подается на конвейер (рис.4) (наиболее подробно преимущества комбайнов серии VASM изложены в №4 журнала «Горная Промышленность»).
КОНВЕЙЕРНЫЕ ПЕРЕГРУЖАТЕЛИ
Для создания гибких конвейерных систем, вписывающихся в эксплуатационное пространство карьера и сокращения их длины при транспортировке с уступа на уступ фирма VOEST-ALPINE BERGTECHNIK выпускает перегружатели (рис. 5).
Типорядом предусмотрена производительность перегружателей от 450 до 6500 м3/ч (табл.2), которые имеют возможность работать с любым роторным экскаватором или комбайном фирмы.
ОТВАЛООБРАЗОВАТЕЛИ
Для укладки пород вскрыши в отвал фирма VOEST-ALPINE BERGTECHNIK выпускает ряд консольных отвалообразователей на гусеничном ходу (рис.6) с производительностью от 500 до 6000 м3/ч и длиной консоли от 20 до 250 м (табл.3).
Для перемещения пород вскрыши от роторного экскаватора непосредственно в отвал в выработанном пространстве карьера фирма выпускает специальный консольный отвалообразователь VACPS 6500-250/1. Его теоретическая производительность 6500 м3/ч, длина загрузочной консоли — 260 м, высота разгрузки — 52 м, возможная общая длина перемещения пород от забоя до оси отвала — 378 м, установленная мощность 6550 кВт.
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ РАЗРЕЗА МОНТИЧЕЛЛО (Техас, США) С ПОПЕРЕЧНЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД В ВЫРАБОТАННОЕ ПРОСТРАНСТВО
Появление нового оборудования непрерывного действия для экскавации вскрышных пород и полезного ископаемого определяет поиск новых способов ведения горных работ.
Тенденция в развитии открытых горных работ заключается в увеличении глубины карьеров и увеличении объемов вскрышных работ.
Экономически эффективная добыча бурого угля по глубине более 30 м требует новых и прогрессивных подходов. Определяющим в выборе технологии являются низкие расходы на рабочую силу и затраты на энергию.
При разработке глубокозалегающих залежей применяют технологию разработки с поперечным фронту перемещением вскрышных пород в выработанное пространство карьера.
Обычно при разработке угольных месторождений на вскрышных работах используют драглайны. При глубине более 35-40 м доля переэкскавации драглайнами весьма высока. В условиях разработки аллювиальных залежей с низкой устойчивостью откосов уступов технология с переэкскавацией драглайнами затруднительна. На больших разрезах для перемещения необходимых объемов вскрыши требуется несколько драглайнов, которые должны два-три раза переэкскавировать вскрышу для перемещения ее в отвал.
Технология разработки с перемещением пород вскрыши скреперами или автосамосвалами при низких капитальных затратах требует больших эксплуатационных расходов. В этих условиях роторные комплексы имеют большие преимущества, чем другое вскрышное оборудование.
Существует две технологии разработки месторождения при использовании конвейерного транспорта:
- c перемещением пород вскрыши в выработанное пространство на борту карьера вдоль фронта работ;
- с поперечным фронту перемещением пород вскрыши в выработанное пространство, при которой расстояние транспортировки значительно меньше, чем при продольном.
Обычно поперечное перемещение пород вскрыши в выработанное пространство применяется в Европе при разработке бурого угля с помощью транспортно-отвальных мостов. Однако эти технологии имеют недостаточную гибкость и эффективны лишь в определенных горнотехнических условиях.
Применение технологии с поперечным перемещением пород вскрыши с помощью консольного отвалообразователя обеспечивает более высокую эффективность за счет минимального расстояния перемещения в выработанное пространство карьера, большей производительности и возможной селективной выемки неоднородных слоев.
Увеличение мощности вскрыши на разрезах в штате Техас определяет поиск новых технологий разработки. В частности такая проблема возникла при разработке разреза Монтичелло, принадлежащего компании TEXAS UTILITIES MINING COMPANY (TUMCO). Этот разрез производит 12 млн. тонн бурого угля в год и обеспечивает им электростанцию мощностью 1900 МВт.
На первом этапе разработки перемещение вскрыши осуществлялось драглайнами с ковшами вместимостью 46 и 76 м3. На одном из участков на вскрыше применялись скреперы.
К 1986 году вследствие изменения горногеологических условий разработки произошло увеличение мощности вскрышных пород и, соответственно, объемов выемки вскрыши. При сохранении принятой технологии с использованием драглайнов понадобилось бы увеличить число драглайнов, которые необходимо было бы размещать на разных уровнях на уступах с пониженной устойчивостью, производить несколько переэкскаваций.
Экономические расчеты показали явные преимущества перевалки вскрыши в выработанное пространство с использованием роторных экскаваторов в комплексе с консольным отвалообразователем — CPS.
Перемещение вскрыши в выработанное пространство предусматривает использование роторных комплексов для отработки верхней части вскрыши при оставлении нижней части, сложенной более твердыми породами, для перевалки драглайном.
Высота слоя, отрабатываемая драглайном, составила 30 м при ширине заходки 36 м. Такие параметры работы оборудования циклического действия обеспечивали синхронизацию работы драглайнов и роторных комплексов.
Компания TUMCO выбрала фирму VOEST-ALPINE Int. Corp. (VAIC) как известного производителя оборудования непрерывного действия для реализации технологии перевалки вскрыши в выработанное пространство с помощью технологии CPS. В комплект оборудования для карьера Монтичелло вошли роторный экскаватор типа VABE 1500 и отвалообразователь типа VACPS 6500/1-259. Это второй такой комплекс оборудования, применяемый в США. Первый также работает в Техасе. Он состоит из компактного роторного экскаватора VABE 1500 и отвалообразователя VACPS 6500, с помощью которых перемещают до 15.3 млн.м3 вскрыши, размещаемой во внутреннем отвале. Для выполнения такого объема работ традиционным способом потребовалось бы 40 скреперов или три драглайна при нескольких стадиях переэкскавации.
Роторный экскаватор на первой стадии производил отработку первого уступа при отсыпке вскрыши в забой, формируя площадку необходимой ширины. Начиная с февраля 1991 года весь комплекс начал работать на полную мощность.
Роторный экскаватор работает при одноуступной или многоуступной схеме. Отработка ведется блоками с продольными заходками.
Роторный экскаватор является полностью независимой единицей оборудования, что дает системе дополнительную гибкость. Разгрузочная стрела роторного экскаватора выгружает вскрышу непосредственно на приемную стрелу отвалообразователя. Затем материал транспортируется по разгрузочной консоли в выработанное пространство карьера. В конце фронта роторный экскаватор зарезает новую заходку для отработки обратным ходом нового блока. Перемещение экскаватора и отвалообразователя происходят синхронно.
При работе комплекса и драглайна на одном уровне возникает задача минимизации простоев оборудования. Для этого на комплекс устанавливается загрузочная стрела соответствующей длины, обеспечивающей достаточный клиренс для прохода драглайна.
Устойчивый откос формируемого борта составляет 55°. Угол устойчивого откоса отвала при высоте до 20 м — 35-36°, 30° при высоте 30 м и 29° при высоте 40 м.
Производительность комплекса зависит от параметров каждого из его элементов. Отличительной чертой комплекса машин непрерывного действия фирмы VOEST-ALPINE заключается в простоте и в минимуме составляющих компонентов вовлеченных в процесс.
При проведении теста на производительность, проводившегося в течение 60-ти дней была достигнута средняя часовая производительность 3018 м3/час. За 841.2 часа было отработано 258396 м3. При этом комплекс эксплуатировался в рядовых условиях при параметрах выемочного блока далеких от оптимальных. Несмотря на это расчетная производительность — 2592 м3/час была превышена на 21%.
Оценка технической готовности комплекса производилась за период 180 рабочих дней. При расчете времени простоев учитывались плановые простои в размере 12 часов в неделю для профилактики электрических и механических частей, зачистки конвейеров, зубьев и др. В период теста достигнута техническая готовность роторного экскаватора 87.5% и отвалообразователя 87.4% (включая плановые простои 7.2%). Коэффициент технической готовности комплекса, как механической и электрической системы, составляет 75-80%. В табл. 1 приведены простои по узлам. Общие внеплановые простои по причине погодных условий, снабжения электричеством и проч. составили 1-2%.
Успешное применение технологии перемещения вскрышных пород в выработанное пространство с использованием роторных комплексов на разрезе МОНТИЧЕЛЛО доказало ее эффективность. При этом использование таких комплексов позволяет решать задачи охраны окружающей среды, в частности, за счет возможности селективной выемки и отвалообразования плодородного слоя.
