Совершенствование технологических схем вскрытия и подготовки подземных рудников

При строительстве рудников с подземной добычей до 60% капитальных вложений приходится на расходы, связанные непосредственно с горно-капитальными работами, преимущественную часть которых составляет строительство горных выработок и объектов, обеспечивающих транспорт и подъем руды.

По данным Воронюка А.С. [1] доля капвложений в строительство и оснащение объектов подземного рудника характеризуется следующими величинами (при производственной мощности рудника 2 млн.т в год): надшахтные здания — 5%; шахтные стволы — 19.7%; околоствольные дворы — 7%; транспортные выработки и квершлаги — 14.7%; оборудование — 44.0%.

Ряд выработок и камер в руддворе и околоствольном пространстве появились в горнорудной практике с переходом рудников на кондиционный кусок 800-1000 мм и скиповой подъем — это комплексы подземного дробления (КПД), приемные бункеры, дозаторные, башенные копры и др.

Объем КПД составляет от 8000 до 12000 м3, стоимость строительства 1 куб.метра КПД примерно в два раза выше стоимости строительства 1 куб.метра корпуса крупного дробления на поверхности. Площади башенных копров на верхних отметках составляют до 500 м2, на нижних — до 1000 м2, а высота их колеблется от 70 до  120 м [2].

Сложные схемы руддворов, выработки под опрокидыватели, камеры подстанций, ремонта подвижного состава и др. являются следствием применения колеснорельсового транспорта. Замена колеснорельсового транспорта на конвейерный позволила бы отказаться от сложных схем руддворов, опрокидывателя и ряда камерных выработок и объектов.

Сечения рудовыдающих стволов определяются размерами применяемых скипов. Наибольшая грузоподъемность скипов, применяемых в горнорудной практике, составляет 50 т. Двухскиповый подъем (скипы по 50 т) при максимальной скорости движения скипов 14 м/с может поднять с глубины 500 м 0.4-0.5 т в секунду и требует сечение ствола 45 м2, объем проходки ствола вчерне будет около 3000 м3.

В случае непрерывного подъема конвейерами для такой же производительности требуется сечение наклонного ствола 12-14 м2. Объем проходки наклонного ствола при угле наклона 15 град будет 28000 м3, а при угле наклона 30 град. — 14000 м3.

При предельных углах транспортирования грузов конвейерами с роликовым ставом в 15-18 град. объемы вертикального и наклонного стволов различаются незначительно, но если угол наклона ствола увеличить до 30-35 град., то разница в объемах становится 2-2.5-кратной.

В практике вскрытия и подготовки месторождений преимущественной является схема с центральным,  относительно простирания месторождения, расположением рудовыдающих и вспомогательных стволов и фланговым размещением вентиляционных. В этой схеме не  последнюю  роль  играют  соображения  равномерной транспортной нагрузки на фланги месторождения.  При конвейерном транспорте подобные соображения теряют смысл, поэтому диагональная схема вскрытия   может быть более привлекательной с исключением одного из фланговых вентиляционных стволов, что значительно упростит и удешевит вскрытие и подготовку месторождений.

Конвейерный подъем  руды после дробления ее в КПД до крупности 250-300 мм применяется на ряде предприятий Кривого  Рога, Урала,  Сибири, а также на зарубежных рудниках [2].

Примеров применения магистрального конвейерного  транспорта на отечественных  рудниках  не  известно (за исключением калийных). В зарубежной практике такие случаи известны при предварительном дроблении руды в участковых дробилках.

В институтах ГИД МЧМ СССР и Вост-НИГРИ были проведены предпроектные исследования технологических схем [3,4] с участковыми дробилками. Наряду с положительными моментами, выявлены усложнения в подготовке рудных тел к добыче. Кроме того, технологическая схема с участковыми дробилками не решает проблемы снижения объемов рудовыдающих стволов и надшахтных сооружений.

Наиболее целесообразным является вариант применения конвейерных потоков   в шахтах без предварительного дробления горной массы для кондиционного куска 800-1200 мм.  Работа с таким куском, как показала практика железорудных предприятий Сибири, дает значительный экономический эффект,  особенно при  разработке мощных месторождений.

В отечественной практике имеется положительный опыт транспортирова-ния крупнокусковой  руды в пределах очистных блоков на длину до 150 м.  На рудниках  Аксай  ПО «Каратау»  и  Юкскорский ПО «Апатит» [5] применялся ленточный конвейер на ходовых опорах. Конвейер транспортировал руду с крупностью отдельных кусков  до 1400 мм при ширине ленты 1600 мм.  Производительность конвейера достигала 5700 т/см (в среднем 3500-3700 т/см). Исключение ворошения груза на ленте (обычное для роликовых конвейеров)  позволило без каких-либо помех транспортировать руду при угле подъема 22 град. У  конвейера  не были решены вопросы загрузки и износа ленты из-за наличия под ней жестких громоздких траверс.

На Таштагольском, Шерегешском, Абаканском и Казском рудниках А0 «Сибруда» в очистных  блоках  использовался  конвейер  со скользящей лентой  (КСЛ),  с помощью которого было отработано 10 блоков и доставлено к перепускным восстающим 3,5 млн.т железной руды [6]. Конвейер не имеет под лентой каких-либо жестких опор. Грузонесущая ветвь ленты размещается на эластичном (сплошном  на всю длину конвейера) желобе, который концами закреплен в ставе, а по длине опирается на поперечные резинотросовые подвески  шириной 200 мм, закрепленные концами на тросах, проложенных по бокам става.  Грузонесущая ветвь ленты перемещается по желобу волоком за  счет  антифрикционной смазки, постоянно присутствующей между лентой и желобом.

При исключении  жестких опор под грузонесущей ветвью ленты удалось успешно решить вопросы загрузки конвейера  вибропитателями и  снижения  износа  ленты  (замена ленты производилась в среднем после транспортирования 550 тыс.т руды). Недостатком конвейера являются большие энергозатраты и ограниченное расстояние транспортирования (до100 м), вызванное относительно высоким трением (коэффициент трения составляет 0.22-0.44 между грузонесущей ветвью и желобом).

Имеющийся положительный опыт применения конвейеров на доставке дает основания для оптимистичного прогноза создания конвейеров, способных  перемещать горную массу крупностью 800-1200 мм и более на значительные расстояния,  а именно — из  очистного забоя шахты  до приемного бункера дробильно-обогатительной фабрики.

Такой конвейер,  на наш взгляд,  должен отвечать следующим требованиям:

  • обеспечивать  транспортирование   руды   крупностью   до 1200 мм;
  • транспортировать горную массу при угле наклона конвейерных линий до 35 град.;
  • обеспечивать возможность  изменения  направления  трассы  транспортирования по вертикали и горизон-тали;
  • обеспечивать длину транспортирования на один став конвейера до 1000-1500 м.                                  

В настоящее время институты АО «ВостНИГРИ» и «Гипроцветмет» занимаются разработкой такого конвейера. Применение подобных конвейеров для транспортирования горной массы в шахте дает возможность, кроме всего прочего, свести к минимуму расход  энергии на транспорт.  Если конвейерная трасса будет отстроена под уклон с углом, при котором суммарные сопротивления грузовой и порожняковой ветвей будут равны нулю,  то и расход энергии на транспорт также будет приближаться к  минимуму. По теории расчета конвейеров сопротивление движению  грузовой ветви под уклон определяется по формуле:

для порожней ветви:

Принимая:cosβ=1

при Wгр +Wпор=0, получим:

где gп, gл, gр - соответственно полная загрузка на ленте, вес ленты и вес роликов, кг/ п.м.;

   L  - длина конвейера, м:

 ω - коэффициент сопротивления движению ленты;

   β  - угол наклона трассы конвейера, град.

Так, например, для конвейера типа 2ЛУ120 с шириной ленты 1200 мм, производительностью 1200 т/ч, массой ленты 37 кг/п.м., весом роликов

4.6 кг/п.м, угол, при котором

Wгр +Wпор=0, будет примерно составлять 3 град. (ω = 0.02).   

Для тележечного конвейера типа КЛТ, у которого исключен процесс ворошения груза при прохождении роликов, сопротивление движению значительно ниже (коэффициент трения 0.003-0.006),   и конвейер с производительностью 3 млн.т горной массы в год при углах наклона от 30 мин. до 1 град. будет иметь близкий к нулю расход энергии.

Энергозатраты при подземном транспорте на рудниках Кривбасса достигают 60%, а на железорудных шахтах Швеции — 14.7% от общих энергозатрат [1]. Доля же энергозатрат в себестоимости подземной добычи на отечественных предприятиях составляет около 15%. Это иллюстрирует на-сколько важно для горных предприятий иметь снижение энергозатрат на транспорте.

Конвейерная линия проще, чем какой-либо другой вид транспорта и подъема,   поддается автоматизации, дистанционному управлению и контролю. При современных технологиях транспорта и подъема численность персонала этих участков составляет 35-З0% персонала шахт. Для обслуживания конвейерной линии персонала требуется в 5-6 paз меньше.

Таким образом, технологические схемы вскрытия и подготовки подземных рудников с транспортированием горной массы крупностью 800-1200 мм конвейерами от очистного забоя до приемного бункера дробильно-обогатитольной фабрики реальны и открывают возможности для сокращения объемов горно-капитальных и строительных работ на 30-40%, снижения затрат энергии на транспорт на порядок, уменьшения в 5-6 раза численности персонала, обслуживающего транспорт и подъем.

Журнал "Горная Промышленность" №2 1998