Исследование Буровзрывной подготовки меловых гидромониторному размыву :

Краткое описание

Содержание
ВВЕДЕНИЕ... L

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОМОНИТОРНО-ЗЕМЛЕСОСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД НА КАРЬЕРАХ... g

1.1. Состояние и перспектива применения гидромеханизации на карьерах... g

1.2. Опыт применения гидромеханизации для разработки плотных и пластичных пород... -(2.

1.3. Задачи и методы исследования...

2. ПРИНЦИПЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ МЕЛОВ...

2.1. Принципы оптимизации параметров гидромеханизированной разработки мелов (БВР и гидромониторный размыв), в зависимости от средневзвешенного размера кусков взорванных

мелов... 2У

2.2. Исследование влияния основных параметров БВР на величину средневзвешенного размера кусков взорванных мелов...38

2.3. Исследование влияния средневзвешенного размера кусков взорванных мелов на эффективность размыва гидромониторно-

землесосным комплексом... 5V

Выводы по главе 2 ... ?7

3. МЕТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННО ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ

плотных пород...

3.1. Исследование изменения удельных затрат на БВР при различных значениях величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов...

3.2. Исследование изменения удельных затрат на

гидромеханизированную разработку при различных значениях величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов ¦• 3.3. Укрупненный алгоритм методики определения суммарных затрат

на разработку мелов... 97

Выводы по главе 3 ... WO

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ

ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ ПЛОТНЫХ ПОРОД С БУРОВЗРЫВНОЙ ПОДГОТОВКОЙ К РАЗМЫВУ (применительно к условиям Лебединского ГОКа)... \q\

4.1. Расчет оптимальных параметров технологии гидромеханизированной разработки мелов...

4.2. Экологический аспект применения новых типов взрывчатых

веществ...

Выводы по главе 4...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ... \{\

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Одним из направлений повышения эффективности открытых горных работ является использование гидромеханизации, которая обладает рядом преимуществ, среди которых поточность выполнения технологических процессов, простота и надежность оборудования, высокая производительность труда, относительно небольшие затраты на проведение горных работ.

В настоящее время гидромеханизация достаточно широко применяется в горнодобывающей промышленности при проведении вскрышных работ на железорудных и угольных карьерах, в производстве строительных материалов и гидротехническом строительстве.

Проведенный анализ проектов отработки угольных и железорудных месторождений (разрабатываемых и проектируемых) показывает, что общий объем вскрышных пород, который можно разработать средствами гидромеханизации, составляет порядка 6 млрд.м3, а годовые объемы гидровскрышных работ могут быть значительно увеличены и доведены до 100 млн.м3 в год. В частности, на гидроучастке Лебединского ГОКа средствами гидромеханизации ежегодно разрабатывается порядка 4 млн. м3 вскрышных пород, в том числе 2,5 — 3 млн. м3 мелов.

Мело-мергельные породы, представленные в карьерах КМА, по своим физико-механическим свойствам отнесены к полускальным породам, поэтому их гидромониторный размыв требует большого давления воды перед насадкой гидромонитора и значительного удельного расхода воды. В связи с этим наиболее эффективным средством, обеспечивающим их разработку способом гидромеханизации, является специальная подготовка этих пород к гидромониторному размыву путем предварительного буровзрывного рыхления.

После проведения буровзрывных работ (БВР) взорванные мела размываются гидромониторами, а образовавшаяся гидросмесь забирается

грунтовым насосом и подается в систему совместного гидротранспортирования с суглинками. В результате значительно сокращаются удельные потери напора при гидротранспортировании. Кроме того, намыв такой гидросмеси в шламохранилище предотвращает экологически вредный процесс пыления хвостов обогащения после их подсыхания и способствует раскислению почвы, в результате чего поверхность сравнительно быстро зарастает травой - дернуется.

В последнее время на Лебединском ГОКе при проведении взрывных работ, на карьере используется взрывчатое вещество (ВВ) собственного изготовления - «ТОВАН». Это экологически чистое ВВ обеспечивает качественное дробление пород в карьере, а собственная сырьевая база по производству эмульсионных ВВ, делает себестоимость «ТОВАНа» значительно ниже по сравнению с ВВ заводского приготовления.

Известно, что затраты на БВР зависят от кусковатости взорванной ^ горной массы (мелов). При этом, чем выше степень измельчения мелов, тем

легче они размываются гидромониторной струей и, следовательно, меньше величина затрат на гидромеханизацию, но в то же время возрастает стоимость буровзрывной подготовки. Очевидно, существует такой гранулометрический состав и технологические параметры данной технологии, которые обеспечивают минимум суммарных затрат на гидромеханизированную разработку мелов.

Учитывая изменившиеся в последнее время цены на энергоносители, ВВ, оборудование и материалы, целесообразно произвести оптимизацию параметров гидромеханизированной разработки мелов с применением буровзрывной подготовки, используя эмульсионное взрывчатое вещество «ТОВАН», которая позволит повысить эффективность работы гидрокомплекса.

Целью данной работы является установление оптимальных параметров гидромеханизированной разработки меловых отложений с применением Щ' буровзрывной подготовки их к гидромониторному размыву.

5

Основная идея диссертации заключается в том, что минимальные затраты на гидромеханизированную разработку мелов при их буровзрывной подготовке их к гидромониторному размыву и соответствующие параметры этой технологии могут быть определены за счет выбора определенного гранулометрического состава взорванной горной массы.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Средневзвешенный размер кусков взорванной горной массы (dcp) позволяет установить зависимость изменения затрат и параметров БВР, а также производительность гидромониторно-землесосного комплекса и затраты на гидровскрышу, что обеспечивает возможность минимизировать суммарные затраты при гидромеханизированной технологии отработки мелов;

2. При увеличении средневзвешенного размера кусков взорванных мелов с 0,1м до 0,2м удельный расход взрывчатого вещества «ТОВАН» уменьшается в 2 раза, однако при этом производительность гидромониторно-землесосного комплекса по твердому уменьшается почти на 30%.

3. Увеличение величины напора воды перед насадкой гидромонитора с 1,6МПа до 2,0МПа при гидромеханизированной отработке с буровзрывной подготовкой к размыву в условиях карьера Лебединского ГОКа приводит к увеличению годовой производительности гидромониторно-землесосного комплекса в среднем на 10 % и позволяет снизить удельный расход ВВ «ТОВАН» с 0,25 кг/м3 до 0,18 кг/м3, при этом удельный расход воды уменьшается на 0,5 м3/м3.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на использовании широкого диапазона научных методов исследований, включающих анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, обеспечивается применением современных параметров технологических схем, основанных на представленных сведениях о работе горных предприятий и подтверждается сходимостью полученных результатов с фактическими показателями работы карьера.

в

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей изменения параметров буровзрывных работ при применении эмульсионного взрывчатого вещества «ТОВАН», а также в определении зависимости изменения производительности гидромониторно-землесосного комплекса от величины средневзвешенного размера кусков взорванных мелов.

ч

Практическое значение работы состоит в разработке методики оптимизации параметров гидромеханизированной технологии разработки мелов с применением буровзрьшного способа их подготовки к размыву и в определении оптимальных параметров данной технологии в условиях карьера Лебединского ГОКа.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по оптимизации параметров буровзрывной подготовки мелов к гидромониторному размыву приняты к использованию ГУП «Энергогидромеханизация» и взрывным цехом ОАО «Лебединский ГОК».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2003-2004 гг.) и на III Съезде гидромеханизаторов России (Москва, 2003 г.).

Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 4 научных работы.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 28 рисунков и 20 таблиц, список использованных источников из 70 наименований.

Автор искренне благодарит всех преподавателей кафедры ТО.

У

7. Современное состояние гидромониторно-землесосной технологии разработки вскрышных пород на карьерах,

1.1 Состояние и перспектива применения гидромеханизации на

карьерах.

С помощью средств гидромеханизации, ежегодно перемещается огромное количество вскрышных пород. С 1947-1995гг. только на отечественных угольных разрезах было перемещено более 800 млн.м3. вскрышных пород. Наибольшие объемы были достигнуты в период с 1976 по 1979г., когда ежегодно на угольных разрезах разрабатывалось по 25-21, а на карьерах КМА - 21-22 млн.м3. вскрыши[^5]В настоящее время количество разрабатываемых средствами гидромеханизации вскрышных пород сокращено почти вдвое.

Для сравнения отметим, что наибольшие объемы работ, проводимых средствами гидромеханизации, были достигнуты в СССР в 1985 году (1300 млн.м3.). По отраслям они составляли (млн.м3. в год): Минводхоз - 300; Минэнерго - 145; Минмонтажспецстрой - 230; Минречфлот - 500; Минстройматериалы (добыча) — 100; Минуглепром - 16 и Минчермет - 12.L5°Jf

Сдерживающим фактором в наращивании объемов гидровскрышных работ в начале 70-х годов было недостаточное количество и неудовлетворительные параметры применяемого оборудования. В 1970-1975гг. было освоено новое оборудование: гидромониторы с повышенным напором ГМД-250М , более мощные насосы ЦН-3000/197 и гидромониторы ГМН-350 . С 1979г. все гидромониторы переведены на дистанционное управление, что позволило повысить производительность гидротранспортных

'¦'

установок с 700 тыс.м3. в 1965г. до 1386 тыс.м3. в 1985г., снизить расход электроэнергии и обеспечить нормальные условия труда, \ji3l

Начало 80-х характеризуется бурным развитием новой техники и технологии гидровскрышных работ.

Были созданы промышленные образцы грунтового насоса ЗГМ-ЗМ с расходом 3000 м3/ч и гидромонитора ГМСДШ-300 на шагающем ходу, с дистанционным управлением и расходом 3000-3500 м3/ч.

С целью расширения области применения гидромеханизации в направлении разработки плотных и пластичных четвертичных вскрышных пород был изготовлен гидрокомбайн для разработки плотных глин. Рациональность идеи такого комбайна не вызывает сомнений: использовние механической подрезки уступа, после которой он обрушается под действием гравитации, вместо подрезки уступа струей гидромонитора. Кроме того, комбайн оснащнен двумя гидромониторами, один из которых (для разрушения пород) расположен на стреле и приближен к забою, а второй (для смыва пород) размещен на базе гидрокомбайна.

Период 1985-1990 гг. характеризовался усложнением гидротранспортных систем, вызванным удалением гидромониторных забоев от гидроотвалов и увеличением их числа. Возрастание расстояния транспортирования до гидроотвала сопровождается обычно и увеличением геодезической высоты подъема гидросмеси, что определило необходимость обустройства перекачных землесосных станций. Наиболее простые условия экксплуатации системы гидротранспортирования, возможность оперативного подключения резервных грунтовых насосов и их устойчивая работа достигались за счет применения схем с разрывом сплошности потока

и

- внедрение промежуточного зумпфа на перекачных землесосных станциях. ХЛ 3,17, Z41

В последние годы объемы гидровскрышных работ начали снижаться. Основной причиной этого явилось отсутствие земельных площадей вблизи карьерных полей, на которых возможно было бы размещение гидроотвалов. Эта причина сдерживает увеличение объемов гидровскрышных работ, так как гидроотвалы характеризуются большой землеемкостью. Все действующие

гидроотвалы заполнены более чем на %. Выработанного

пространства, которое можно было бы использовать под гидроотвалы, в достаточном количестве пока нет или его засыпают полускальными вскрышными породами.

Ощутимый урон развитию гидромеханизации и природе был нанесен во время массового размещения отвалов полускальных пород на гидроотвалахГ^ Это привело к ликвидации ряда гидроотвалов,эксплуатация которых могла бы увеличить объем наиболее дешевых гидровскрышных работ. На изменение технологии отвалообразования не пошли, хотя возможны различные варианты совместного складирования полускальных вскрышных пород, разрабатываемых по традиционной технологии, и четвертичных, разрабатываемых средствами гидромеханизации. Безусловно это требует увеличения затрат на строительство отвала, усложняет организацию работ, но с точки зрения результата - увеличения объемов гидровскрышных работ и экологической выгоды (возможность одновременной рекультивации отвалов и ведения горных работ, а также исключения «захоронения» потенциально плодородных четвертичных пород под слоем полускальных) - такая ф технология отвалообразования вполне приемлема.

-Ю

Известно, что производительность труда рабочего гидроучастка в 1,5 раза выше, чем средняя по карьеру. Удельные эксплуатационные затраты на разработку вскрыши средствами гидромеханизации в 2 раза ниже, чем при применении автомобильного или железнодорожного транспорта. Даже при огромном росте затрат на оборудование гидромеханизации его стоимость гораздо ниже по сравнению с ценой традиционного «сухоройного» оборудования. Расчеты показали, что увеличение объема гидровскрышных работ на каждые 3 млн.м3. высвобождает экскаватор ЭКГ-8И , бульдозер ДЭТ-250 , пять автосамосвалов БелАЗ-549 (при дальности транспортирования — 5км) и тем самым сокращает потребление столь дефицитного дизельного топлива на 2500 тыс.т/год.Сад \5Э1

Проведенный анализ проектов отработки угольных и железорудных месторождений (разрабатываемых и проектируемых) показывает, что общий объем вскрышных пород, который можно разработать средствами гидромеханизации, составляет порядка 6 млрд.м , а годовые объемы гидровскрышных работ могут быть

значительно увеличены и доведены до 100 млн.м3

Таким образом, можно с уверенностью говорить о том, что данный способ разработки вскрышных пород, имеет огромные перспективы на будущее, как с точки зрения увеличения объемов гидровскрышных работ, так и с точки зрения экологии и охраны окружающей среды.Z10, АЛ, 73

1.2 Опыт применения гидромеханизации для разработки плотных и пластичных пород.

Физико-механические свойства пород оказывают весьма важное влияние на выбор методов производства гидравлических разработок. Эти свойства определяют такие важнейшие характеристики технологии гидромеханизации как удельный расход воды, потребный напор для разрушения, параметры гидротранспорта пород, размеры гидроотвалов. С ^ 2Л 2 ?, 3 2,3 3 J

Анализируя физико-механические свойства мело-мергеля, видно, что для успешного применения гидравлического метода его разработки необходимо применять предварительное рыхление. Е "* 3-

Гидравлический способ разработки пород при благоприятных условиях его ведения отличается от других видов работ низкой стоимостью, простотой технологии, высокой производительностью. В настоящее время гидромониторный способ разработки получил широкое распространение. При этом способе наибольшие затраты в себестоимости 1куб.м породы приходятся на электроэнергию и составляют 25-82 %. Для того, чтобы снизить стоимость разработки и повысить эффективность размыва, необходимо, в первую очередь, уменьшить расход электроэнергии.!! 21

На основании анализа результатов работы действующих гидравлических комплексов установлено, что при разработке пород различной крепости струей воды с напорным гидротранспортом общий удельный расход электроэнергии может меняться в пределах от 4 до 22 квтч/куб.м, причем на транспортирование пульпы и воды расходуется от 14 до 65% всей электроэнергии, а на отбойку - от 36 до 86%. L"7' -^ -^

Сравнивая удельные затраты электроэнергии при отбойке 1 куб.м породы струей воды и при ее гидротранспортировании можно установить, что энергоемкость операции по отделению породы от массива в 2-3 раза выше энергоемкости гидротранспорта (при существующих расстояниях транспортирования). Большой удельный расход электроэнергии при

42.

разработке трудноразмываемых пород струей получается из-за высоких удельных расходов и значительных давлений, необходимых для размыва, так как удельный расход электроэнергии прямо пропорционален произведению расхода воды на напор, развиваемый насосом. Высокая энергоемкость гидромониторной разработки пород объясняется еще и тем, что подрезка уступа является малопроизводительной операцией. Известно также, что энергия гидромониторной струи при разработке пород используется нерационально. При расположении гидромониторов на значительных расстояниях от забоя (от 30 до 45м) большая часть энергии струи расходуется преодоление сопротивления воздуха, и только незначительная часть - на отбойку породы. Многими исследованиями установлено, что удельный расход воды и необходимый напор, потребные для разрушения, зависят от физико-механических свойств породы.

Если для разработки предварительно разрыхленных и неслежавшихся грунтов, а также различных песков требуется всего 5-6 м3 воды на 1 м3 породы, а напора перед насадкой гидромонитора достаточно в пределах 30-50 м вод.ст, то для разработки тяжелых суглинков и полужирных глин требуется соответственно до 9-14 м3 воды на 1 м3 породы, а необходимые напоры, обеспечивающие нормальную разработку их, возрастают до 140-160 м.вод.ст.и^-!

В целях лучшего использования энергии струи и сокращения времени на подрезку появилась тенденция к увеличению давления воды у насадки. Повышение давления у насадки гидромонитора при подрезке и размыве экономично только в том случае, когда соответственно этому повышению увеличивается производительность размыва или уменьшаются удельные расходы воды и электроэнергии. С 5* J

Мело-мергельные породы, представленные в карьерах КМА, по своим физико-механическим свойствам отнесены к полускальным породам, поэтому разработка их обычными методами потребует большого давления

-/3

воды перед насадкой гидромонитора и значительного удельного расхода воды.

Приближение гидромониторов обычной конструкции к забою, с целью уменьшения расхода электроэнергии невозможно, так как не обеспечиваются безопасные условия ведения работ. Размыв пород гидромониторами ближнего боя до сих пор не освоен ввиду несовершенства конструкций его.

Таким образом, по нашему мнению, наиболее эффективным средством, обеспечивающим разработку мело-мергеля способом гидромеханизации, является специальная подготовка этих пород путем предварительного рыхления. Существует много методов предварительного рыхления трудно размываемых горных пород. L?A2.5//O/SC, f 8,^91

Способы подготовки пород к пульпообразованию приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Способы подготовки пород к пульпообразованию

Способ подготовки Основные средства Характеристика

подготовки элементов подготовки

Механический Экскаваторы Выемка и

складирование породы в

навал или в приемные

Бульдозеры устройства

Выемка пород

отдельными полосами и

складирование в навал

Специальные для последующего

рыхлители (струги, размыва

скреперы, фрезерные Подготовка может

рыхлители) производиться со

складированием в навал,

одновременно с

размывом или в

приемные емкости

Дробильные устройства гидротранспортных

установок

Разработанная порода

полностью или частично

поступает на дробилки

специальной или

обычной конструкции;

после дробления

поступает в

гидротранспортные

установки

Гидравлический Водонасыщающее Рыхление производится

оборудование напорной водой,

подаваемой с помощью

насыщающих трубок по

фронту работ, которые

одновременно частично

производят первичное

разрушение породы

Подача самотечного За счет движения

потока воды на безнапорного потока по

верхнюю площадку фронту работ

уступа происходит насыщение

водой, частичный

размыв породы с

ослаблением массива,

обрушение уступа

-/5"

Буровзрывное рыхление Буровзрывные средства Расположение скважин,

их параметры и

конструкция заряда

выбирается в

зависимости от типа

породы, необходимой

степени дробления по

условиям

гидротранспорта

Механическая подрезка Струги, Уступ подрезается

уступонарезающие механическими

машины средствами по всему

фронту работ.

Смыв производят

гидромониторами

Подготовка мело-мергеля к пульпообразованию механическим способом.

В условиях карьеров КМА применение экскаваторов-драглайнов, а также экскаваторов, оборудованных прямой лопатой, для предварительного рыхления мело-мергельных пород весьма затруднительно и вряд ли может быть оправдано. Многолетний опыт производства вскрышных работ на Лебединском карьере экскаваторами ЭКГ на железнодорожный транспорт показал, что во время черпания ковшом происходит скалывание мело-мергеля довольно крупными блоками, иногда достигающими в объеме несколько кубических метров. В общем объеме горной массы разработанного плотного слаботрещиноватого мело-мергеля 30-50% составляют куски размеров свыше 350мм.

Опыт работы экскаваторов непрерывного действия (роторные экскаваторы) на Лебединском и Стойленском карьерах также указывает на

то, что разрыхленная масса состоит в основном из крупно-кускового материала, который не может проходить по рабочим каналам существующего оборудования гидромеханизации. Граннулометрический состав разработанного мело-мергеля роторными экскаваторами представлен в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Граннулометрический состав разработанного мело-мергеля роторными

экскаваторами

Место работы экскаватора Содержание материалов по фракциям в %

300 100-300 25-100 10-25

Лебединский карьер 14,2 22,3 17,4 38,4

Стойленский карьер 16,3 19,2 21,7 32,2

Опыта черпания плотного мело-мергеля драглайнами — нет. Однако, опыт разработки его экскаваторами, оборудованными механической лопатой и роторными экскаваторами позволяет предположить, что при черпании ковшом-драглайном также будет выход большого объема крупно-кускового материала, что нежелательно при работе средств гидромеханизации. Даже незначительное содержание негабаритных кусков (до 5%) в забое, разрабатываемом средствами гидромеханизации, резко снижает производительность оборудования (до 25-30%).

Кроме указанного, к значительным недостаткам при применении экскаваторов для рыхления плотного мело-мергеля следует отнести и то обстоятельство, что высота уступа, размываемая гидромониторами, может достигать 30м, в то время, как черпание экскаваторами на такую высоту невозможно. Применение такой технологической схемы потребует создания дополнительных уступов, что, естественно, вызовет увеличение объемов вскрышных работ без увеличения добычи полезного ископаемого.

Также на работе всего комплекса отрицательно сказывается потребность дополнительного механизма, в частности, экскаватора. Помимо этого,

¦\7

Список литературы