Сборник статей (часть 4) естественно-технические науки алматы 2011 +62 (075) ббк 20+30 я7

20

Минимальный резерв забоев на один добычной комплекс следует определять с учетом воз-

можной  вариации  производительности  комбайна,  неравномерности  объемов  извлекаемых  за-

пасов в очистных выработках и применяемого порядка выемки. В этом случае минимальный 

резерв забоев (К

р.з.

) будет составлять:

                                                                 , д.ед.  (4)

где, V

max

 – максимальные запасы руды в очистной выработке в пределах рассматриваемого 

участка месторождения; V

min

 – минимальные запасы руды в очистной выработке в пределах рас-

сматриваемого участка месторождения; S – стандартное отклонение производительности, м

3

/см; 

Q

ср

 – средняя производительность комбайна, м

3

/см.

Минимальная необходимая ширина добычного участка (L

ф

) составит:

L

ф

 = К

р.з.

×n×b, м  

 

 

(5)

где, b – горизонтальный пролет очистной выработки, м; n – количество очередей отработки 

заходок в слое.

Разработка большинства кимберлитовых трубок осложняется наличием водоносных ком-

плексов,  содержащих  газонасыщенные  агрессивные  рассолы,  поэтому  при  их  разработке  не-

обходимо ограничивать уровень вертикальных смещений и растягивающих деформаций в на-

легающих породах, чтобы они не превышали критических значений, при достижении которых 

возможно образование сквозных секущих трещин, соединяющих водоносные горизонты с вы-

работками подземного рудника.

Применение систем разработки с закладкой позволяет регулировать величину смещений и 

деформаций за счет выбора порядка выемки запасов и придания закладочным массивам задан-

ных деформационных свойств. Оценка влияния порядка и последовательности выемки запасов 

на напряженно-деформированное состояние горного массива выполнена для трех принципиаль-

ных схем с учетом ограничений, накладываемых применением комбайновой выемки (рис. 2)

. 

а) – вариант № 1, б) – вариант № 2, в) – вариант № 3.

Рисунок 2 - Принципиальные схемы отработки

В  расчетах  использован  метод  конечных  элементов,  реализованный  в  программном  ком-

плексе ANSYS. В результате моделирования отработки участка месторождения высотой 60 м 

установлено, что:

параметры  зон  сжимающих  напряжений  и  их  максимальная  величина  практически  не 

•

зависят от применяемого порядка выемки запасов и определяются соотношением деформацион-

ных свойств рудного, породного и закладочного массивов;

величина горизонтальных растягивающих напряжений существенно зависит от применя-

•

емого порядка выемки. Максимальное их значение составляет: вариант № 1 – 3,7 МПа, вариант 

№ 2 – 3,2 МПа, вариант № 3 – 2,7 МПа;

21

величина вертикальных смещений после отработки блока составляет: вариант № 1 –32 

•

см, вариант № 2 – 30 см, вариант № 3 – 26 см, при этом характер развития смещений имеет 

существенные различия (рис. 3).

Рисунок 3 - Развитие вертикальных смещений по мере отработки

Моделированием развития работ одновременно в нескольких разрезках установлено, что 

восходящий порядок выемки слоев возможен только при ведении очистных работ одним фрон-

том, вследствие концентрации в рудном массиве горизонтальных напряжений.

Таким образом, при ведении работ вблизи водоносных горизонтов следует либо применять 

восходящий порядок выемки клинообразным фронтом, который характеризуется наименьшими 

геомеханическими последствиями, либо корректировать верхнюю границу горных работ. При 

отсутствии геомеханических ограничений предпочтение следует отдавать вариантам, обеспе-

чивающим наибольшую интенсивность горных работ при максимальной производительности 

комбайнового комплекса.

Результаты расчетов и опыт ведения подземных горных работ на руднике «Интернациональ-

ный» показали возможность увеличения параметров поперечного сечения очистных выработок. 

С целью оценки эффективности изменения параметров были проведены испытания выемки за-

пасов очистными выработками с увеличенными параметрами.

Производительность комбайнового комплекса при отработке очистных выработок в зави-

симости от сечения, формируемого одним ходом комбайна (Ш×В), составило: 6,0×1,55м – 157 

тыс.т/год; 5,4×4,5м – 200 тыс.т/год; 6,0×5,2м – 254 тыс.т/год.

Таким образом, двустадийная выемка запасов очистной заходки может быть рекомендована 

при условии, если оба хода комбайн будет проходить, сечением близким к техническим возмож-

ностям.

Возможные направления совершенствования геотехнологии разработки глубоких горизон-

тов  кимберлитовых  месторождений  рассмотрены  на  примере  трубки  «Интернациональная». 

Рассматриваемый участок месторождения расположен на глубине от поверхности 1000-1220 м. 

Оценка  по  рейтинговой  классификации  показала,  что  время  устойчивого  стояния  гори-

зонтальных обнажений рудной кровли с пролетом 6 м на рассматриваемых глубинах будет со-

ставлять от 2 до 10 суток, что не позволяет обеспечить безопасное ведение очистных работ в 

восходящем порядке. Для сравнения приняты три варианта: 1) Технологическая схема с одно-

стадийным формированием очистных выработок со стандартными параметрами, применяемы-

ми на руднике; 2) Она же с увеличенными параметрами; 3) Технологическая схема с двустадий-

ным формированием очистных выработок (рис. 4). 

22

Рисунок 4 −Технологическая схема с двустадийным формированием очистных выработок 

Результаты расчетов производительности и интенсивности показывают, что наиболее при-

емлемым  вариантом  для  является  технологическая  схема  с  двустадийным  формированием 

очистных выработок, которая обеспечивает увеличение средней производительности комбайна 

на 28 % и повышение интенсивности горных работ в 2,56 раза.

Результаты экономического сравнения вариантов показали, что совокупный экономический 

эффект от внедрения новой технологии по сравнению с применяемым на руднике вариантом со-

ставит 95,6 руб./т добытой руды. Экономический эффект от увеличения параметров очистных 

выработок  при  сохранении  существующей  технологической  схемы  очистных  работ  составит 

19,3 руб./т.

литература:

1. Проблемы комплексного освоения суперкрупных рудных месторождений. // Под.ред. академика К.Н. Тру-

бецкого, чл.-корр. РАН Д.Р. Каплунова. – М.: 2004. 416 с.

2. Замесов Н.Ф., Айнбиндер И.И., Звеков В.А., Овчаренко О.В., Пацкевич П.Г., Родионов Ю.И. Актуальные 

проблемы геотехнологий подземной разработки рудных месторождений в сложных горнотехнических условиях и 

пути их решения. – Горный журнал, № 4, 2005. с.36

3. Пацкевич П.Г. Повышение интенсивности слоевой системы разработки с закладкой и комбайновой отбойкой 

руды на руднике «Интернациональный» // Материалы 5-й Международной научной школы молодых ученых и специа-

листов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых», УРАН ИПКОН РАН, 11-14 ноября 2008 г. с.167-169.

4. Айнбиндер И.И., Пацкевич П.Г., Родионов Ю.И. Новые подходы к подземной разработке месторождений 

полезных ископаемых. − Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 5, 2008. с.89-97.

Баланчук Виталий Романович

Институт горного дела УрО РАН, Екатеринбург, Россия 

инновационный способ перегрузки горной массы

в глубинной зоне карьера

В статье рассматривается новая технологическая схема перегрузочного пункта для разра-

ботки кимберлитовых трубок специализированным карьерным транспортом, которые учитыва-

ли бы специфические особенности ведения горных работ. Проблема является актуальной в связи 

с дефицитом рабочего пространства при доработке глубинной зоны кимберлитового карьера.

При отработке крутопадающих залежей полезных ископаемых на большую глубину необхо-

димо решать вопрос сохранения эффективности транспорта. Для снижения объемов вскрышных 

работ,  необходимо  применять  в  нижней  части  карьера  автосамосвалы  малой  грузоподъемно-

23

сти, а в верхней части магистральный автотранспорт большой грузоподъемности для снижения 

себестоимости перевозок на значительное расстояние. Как показали исследования Института 

Якутнипроалмаз [1] в нижней части эффективно применять крутонаклонные съезды для увели-

чения углов откоса бортов карьера. В этом случае необходимо организовать перегрузку в карье-

ре. В условиях ограниченного пространства в карьере нецелесообразно резервировать место под 

перегрузочный пункт, что вызовет либо дополнительный разнос бортов, либо консервирование 

целиков, поскольку это может нивелировать положительный эффект от применения крутона-

клонных съездов.

Пункт перегрузки горной массы служит связующим звеном, соединяющим различные виды 

транспорта в единую технологическую схему. От выбора способа перегрузки горной массы и 

конструкции перегрузочного пункта зависят производительность и ритмичность работы горно-

транспортного комплекса в целом. 

В условиях глубоких карьеров отрабатывающих крутопадающие залежи полезных ископае-

мых ИГД УрО РАН предлагается применять внутрибортовой перегрузочный пункт обеспечива-

ющий заданную производительность эксплуатируемых видов специализированного транспорта. 

Основным преимуществом такого технологического решения является снижение объема горно-

капитальных работ, за счет размещения перегрузочного пункта в подземных выработках в борту 

карьера [2].

Внутрибортовой перегрузочный пункт (рис. 1) состоит из разгрузочной камеры сборочного 

транспорта 1, устройства дробления негабарита 2, аккумулирующего рудоспуска 3, загрузочной 

камеры магистрального транспорта с вибровыпуском 4.

Рисунок 1. Схема внутрибортового перегрузочного пункта

Сборочный транспорт разгружается в разгрузочной камере 1, где взорванная горная масса 

попадает в аккумулирующий рудоспуск 3 через колосниковый грохот. Горная масса, превыша-

ющая размер секции колосникового грохота, дробится устройством для дробления негабарита 

2. Накопленная горная масса из рудоспуска загружается вибропитателем например, ВПУ-3К, 

ВВДР-5, ГПТ-1  в загрузочной камере 4.

24

Для подъезда к загрузочной камере могут использоваться несколько схем подземных транс-

портных выработок (рис. 2).

Рисунок 2. Схемы транспортных коммуникаций для загрузочной камеры

Приняв стоимость 1 м

3

 проходки транспортных коммуникаций для загрузочной камеры вну-

трибортового перегрузочного пункта 1000 руб/м

3

 можно получить график стоимости проходки 

коммуникаций  по  вариантам,  представленным  на  рис.  2  и  стоимости  проходки  разгрузочной 

камеры для гусеничного самосвала грузоподъемностью 40 т.

Рисунок 3. Стоимость проходки транспортных коммуникаций по вариантам рис. 2

На рис. 4, 5 более детально представлен узел внутрибортового перегрузочного пункта,  для  усло-

вий трубки «Комсомольская». Высота рудоспуска составляет 34 м, угол откоса бортов 70

0

. При 

диаметре рудоспуска 5 м и высоте в 34 м, запас горной массы перегрузочного пункта составит 

5-6 рейсов магистрального самосвала грузоподъемностью 130 т, при условии полного заполне-

ния рудоспуска. Количество рейсов 1 гусеничного самосвала [3] с геометрическим объем кузова 

18 м

3

, необходимое для заполнения такого аккумулирующего рудоспуска, составляет 35 рейсов.

25

Рисунок 4. Внутрибортовой перегрузочный пункт в поперечном разрезе 

Рисунок 5. Внутрибортовой перегрузочный пункт во фронтальном разрезе

Для определения оптимального диаметра рудоспуска и его высоты была выведена зависи-

мость количества загружаемых самосвалов, грузоподъемность 130 т, в зависимости от параме-

тров рудоспуска, представленная на рис. 5.

При  необходимости  повысить  количество  загружаемых  перегрузочным  пунктом  маги-

стральных самосвалов, но при этом сократить высоту уступа, целесообразно рассмотреть в ка-

честве  магистрально  транспорта  самосвалы  меньшей  грузоподъемности,  что  в  свою  очередь 

позволит сократить сечение выработки загрузочной камеры, соответственно увеличив высоту 

рудоспуска.

26

Рисунок 6. Влияние диаметра рудоспуска и его высоты на количество загружаемых маги-

стральных самосвалов г/п 130 т.

Расположение перегрузочного пункта в карьере на момент сдачи его в эксплуатацию харак-

теризуется двумя параметрами: глубиной, определяемой от поверхности, и высотой от пункта 

до нижнего горизонта рабочей зоны карьера. Расстояние транспортирования горной массы ма-

гистральными самосвалами, доставляющими руду от перегрузочного пункта на поверхность,  

зависит от глубины расположения перегрузочного пункта и является постоянным за весь период 

его использования.  Расстояние перевозок к перегрузочному пункту сборочными самосвалами, 

доставляющими руду из забоя до перегрузочного пункта, в глубинной зоне карьера состоит из 

двух  частей.  Первая    часть  зависит  от  высоты  расположения  приемного  устройства  перегру-

зочного пункта в момент ввода его в эксплуатацию, это расстояние от забоя до перегрузочного 

пункта, является относительно постоянной. Вторая часть зависит от глубины понижения горных 

работ за период использования данного перегрузочного пункта.

Для анализа возможного месторасположения будущего перегрузочного пункта необходимо 

учитывать следующие основные факторы:

Оптимальное расстояние транспортирования горной массы как для сборочного, так и для 

•

магистрального транспорта

Отсутствие необходимости разноса бортов для организации перегрузочного пункта

•

Наличие транспортных коммуникаций для доступа к перегрузочному пункту сборочного 

•

и магистрального транспорта

При определении диапазона глубины для месторасположения перегрузочного пункта мож-

но воспользоваться неравенством:

H

2 

 ≥ H

расп.ПП

 ≥ H – H

1

+ H

ПП

, 

если выполняется условие

H

1

 + H

2

 – H ≥ H

ПП

, где

H – проектная глубина карьера

H

1

 – эффективная глубина транспортирования магистральным транспортом

H

2

 – эффективная глубина транспортирования сборочным транспортом

H

расп.ПП

 – оптимальная глубина месторасположения перегрузочного пункта

H

ПП

 – высота перегрузочного пункта.

27

В таблице 1, приведена калькуляция инвестиций по приобретению и пуску специализиро-

ванного карьерного транспорта.

Таблица № 1

Расчет инвестиций в основные средства

наименование

количество, 

шт.

цена за ед., 

тыс. руб.

цена, тыс. 

руб.

1.Гусеничный самосвал

3

12 000,00

36 000,00

2.Трорллейвоз

4

25 000,00

100 000,00

136 000,00

3.Стоимость запчастей

-

-

13 600,00

4.Монтаж и пуско-наладочные 

работы

-

-

9 520,00

5.Транспортные расходы

-

-

6 800,00

6.Троллейная линия

8 км

27200,00

217 600,00

Всего инвестиции в основные 

средства по проекту с НДС

-

-

383 520,00

Из расчета плана денежных поступлений и выплат можно сделать вывод, что во всех видах 

планирования сальдо имеет не отрицательное значение: в первый год равно 0, во все последую-

щие годы положительные значения (кроме 2 года). Это говорит о финансовой состоятельности и 

платежеспособности инвестиционного проекта.

Таблица 2

План доходов и расходов

показатели

строи-

тель-

ство

1 год

2 год

3 год

4 год

5 год

Выручка от 

реализации

0

434238,490 434238,490 434238,490 434238,490 434238,490

Себестоимость

0

341920,071 341920,071 341920,071 341920,071 341920,071

Налог на иму-

щество

0

7659,520

6103,680

4547,840

2992,00

1436,16

Налог на при-

быль

0

16931,780

17242,948

17554,116

17865,28

18176,45

Чистая при-

быль

0

67727,119

68971,791

70216,463

71461,135

72705,807

Чистая прибыль увеличивается с каждым годом на одну и ту же величину 1244,672 тыс. 

руб., исходя из этого можно сделать вывод, что производство рентабельно.

Индекс доходности инвестиций характеризует величину дохода в виде прибыли и амортиза-

ции за весь жизненный цикл проекта и показывает, что на 1 рубль инвестиций приходятся 1,427 руб.

список литературы:

1. Транспортный комплекс акционерной компании «АЛРОСА» [Текст] / И.В. Зырянов // Горный журнал. – 

2005. – №7. – с. 114 – 118.

2. Технологические особенности и перспективы применения троллейвозов на горных предприятиях [Текст] / 

П.И. Тарасов, А.П. Тарасов // Горная промышленность. – 2008. - №1(77). – с.  54 – 56.

3. Конструктивные схемы гусеничных самосвалов для работы в карьерах с  повышенными уклонами в вы-

работках [Текст] /  П.И. Тарасов, В.О. Фурин, А.Г. Ворошилов, С.В. Лобанов, В.М. Неволин // Горная промышлен-

ность. – 2008. - №2(78). – с.  64 – 66.

28

Исаков Михаил Викторович

Институт горного дела УрО РАН, Екатеринбург, Россия 

оценка энергоэффективности транспортированиЯ горной массы 

перспективным транспортом *

Одним из перспективных направлений является повышение энергоэффективности транс-

портирования  горной  массы  специализированными  карьерными  транспортными  средствами 

(СКТС), область применения каждого из которых более узкая, чем у автосамосвалов с дизель-

ным двигателем, но в своей области они способны повысить энергетическую эффективность.

В Институте горного дела УрО РАН предложен комплекс таких транспортных средств,  ко-

торые могут применяться на открытых горных работах как отдельно, так и в комбинации  между 

собой, или в комбинации с традиционными самосвалами.

В данной статье рассматриваются следующие виды специализированного карьерного транс-

порта: предлагаемые специалистами ИГД УрО РАН автосамосвал с комбинированной энергоси-

ловой установкой (КЭУ), троллейвоз, дизель-троллейвоз, гусеничный самосвал (таблица 1).

Все виды специализированных транспортных средств имеют различные технические ха-

рактеристики: вес, собственную массу, тип источника питания, различные типы трансмиссии и 

др. Поэтому СКТС необходимо рассмотреть с точки зрения энергоэффективности и сравнить их 

традиционными самосвалами.

Технические характеристики СКТС   

 

 

 

 

Таблица 1

Вид СКТС

Тр

К Э У 

дд

КЭУ «гтд 

1250»

К Э У 

«Салют»

КЭУ ГТУ-

1Т

ДТ

ГС

AC

Грузоподъемность, т 140

130

139

139

139

139

40

130

Масса самосвала, т

90

108,2 98,1

98,1

98,1

110

50

107

Коэффициент тары

0,64

0,83

0,71

0,71

0,71

0,79 1,25 0,82

Где КЭУ – автосамосвал с КЭУ, первичным двигателем которого является:

дд - дизельный двигатель, гтд –газо-турбинный двигатель гтд-1250, Салют - газо-турбинный 

двигатель «Салют», ГТУ-1Т - газо-турбинный двигатель ГТУ-1Т; Тр. – троллейвоз; Д-Т – Дизель-

троллейвоз; ГС – гусеничный самосвал; АС – Автосамосвал с дизельным двигателем.

Троллейвоз представляет собой самосвал на колесном ходу, без дизельного двигателя, полу-

чающий питание только от троллейной сети. Коэффициент тары такого транспортного средства 

ниже, чем у традиционного самосвала и может достигать значения 0,64, что снижает энергоза-

траты при движении самого транспортного средства. За счет использования источника «беско-

нечной мощности» (троллейной сети) возможно повышение скорости движения троллейвоза в 

грузовом направлении, а при движении на спуск – возвращение в сеть всей энергии, выделяемой 

мотор-колесами, без каких-либо ограничений.

Дизель-троллейвоз использует энергию дизельного топлива и энергию, полученную от трол-

лейной сети. Троллейное питание позволяет повысить  производительность самосвала путем 

повышения скорости движения самосвала на подъем, а дизельный двигатель дает возможность 

автономного движения. Дизель-троллейвоз рекомендуется использовать вместо традиционных 

самосвалов в районах с дешевой электроэнергией при расстоянии транспортирования не менее 

4 – 6 км..

В автосамосвале с КЭУ может быть использованы силовые установки двух видов: КЭУ с 

дизельным двигателем и КЭУ с газотурбинным двигателем. Накопитель энергии, установлен-

ный в самосвале, позволяет выключать двигатель внутреннего сгорания, когда его использова-

ние нерационально. В случае использования газовой турбины в качестве первичного источника 

питания, за счет большей удельной мощности  можно повысить скорость транспортирования 

29

горной массы до 20 км/час на подъем и преодолеваемый продольный уклон до 16% [1]. Эконо-

мия дизельного топлива достигается за счет сокращения расстояния транспортирования, време-

ни движения и исключения работы двигателя внутреннего сгорания при движении на спуск.

Особенность гусеничного самосвала является гусеничный движитель,  что позволяет пре-

одолевать  продольный  уклон  до  35%.  Несмотря  на  большой  коэффициент  тары  гусеничного 

самосвала (1,25), значительное сопротивление движению гусеничного движителя, достигается 

значительная экономия энергии за счет снижения горнокапитальных работ [2].

Проанализируем работу, совершенную источником питания  за один цикл работы самосва-

ла,  в  условиях,  близких  к  условиям  карьера  «Комсомольский»  АК  «АЛРОСА».  Для  каждого 

вида транспорта были отстроены трассы, условия построения которых были близки к услови-

ям  среднестатистических  трасс  традиционных  самосвалов,  а  именно,  через  каждые  30-50  м. 

подъема организованны горизонтальные участки длинной 50 м, остальные параметры трассы 

выбраны с учетом технических характеристик транспортных средств. В результате, основные 

характеристики трассы СКТС можно представить на рисунке 1 и 2,светлыми столбцами.

Основные характеристики трасс СКТС 

 

Таблица 2

АС

КЭУ дд

К Э У 

ГТД 1250

К Э У 

Салют Тр.

Д-Т

КЭУ ГТУ-1Т

ГС

i

ср.в

,%

6,6

6,6

6,6

6,6

6,6

6,6

7,59

13,5

Н,м

341

341

341

341

341

341

341

341

ΣL, м

5182

5182

5182

5182

5182

5182

4488

2528

где i

ср.в 

– средневзвешенный уклон трассы; Н – высота подъема транспортного средства;

ΣL – суммарная длинна трассы транспортного средства.

Сравним работу совершенную силовой установкой каждого транспортного средства рис 1 и 

2. на рисунке 1 и 2  представлена работа, совершенная источником питания транспортного сред-

ства за один цикл работы самосвала. По результатам  расчета можно оценить такие показате-

ли как, коэффициент тары, тип трансмиссии, особенности работы данного вида транспортного 

средства, но не тип силовой установки.

Из рис. 1 и 2 видно, что наибольшая энергоэффективность достигается при использовании 

троллейвоза  за  счет  самого  низкого  коэффициента  тары  и  возможности  возврата  в  сеть  всей 

энергии, полученной в результате торможения.

В автосамосвале с КЭУ также есть возможность запасать энергию рекуперативного тор-

можения, но, в отличие от троллейвоза, емкость накопителя ограничена. Разность в удельном 

энергопотреблении КЭУ дд и КЭУ гтд объясняется различием масс самосвалов (энергосило-

вых установок) и разностью в скорости движения. У дизель-троллейвоза нет возможности воз-

вращать в сеть рекуперированную энергию, так как, диезль-троллейвоз движется на спуск (в 

порожнем направлении) в автономном режиме,  дизель-троллейвоз обладает большим коэффи-

циентом тары среди колесных транспортных средств, поэтому его удельное энергопотребление 

значительно выше, чем у традиционного самосвала,  автосамосвалов с КЭУ и троллейвоза.

Наибольшее удельное энергопотребление при движении у гусеничного самосвала, так как 

у него наибольший коэффициент тары,  наибольшее сопротивление движению и значительные 

уклоны среди рассматриваемых транспортных средств.

Исследование энергетических параметров на конечном этапе необходимо проводить с уче-

том энергосиловой установки самосвала. В данном расчете, используется аппроксимированная 

характеристика двигателей внутреннего сгорания, уравнение которой представляет собой ква-

дратное уравнение. Источники электрической энергии представлены как источники бесконеч-

ной мощности, потому что их мощность значительно выше мощности, потребляемой самосва-

лом. Для системы токосъема предусмотрено падение напряжения в контакте троллей-пантограф 

порядка 5 В.

30

Электрическая  энергия  учитывается  с  коэффициентом  3,6  МДж/кВт,  а  дизельное  топли-

во с коэффициентом 42,5 МДж/кг. Энергетические затраты специализированных транспортных 

средств представлены на рисунках 1 и  2 темные столбцы.

жүктеу/скачать 8,61 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: