автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Исследование эффективности выемки скальных и полускальных пород из массива экскаваторами-мехлопатами

pro ол

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

КУЗБАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Горный инженер КУЗНЕЦОВ Виктор Иванович

УДК 622.271

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫЕМКИ СКАЛЬНЫХ И ПОЛУСКАЛЬНЫХ ПОРОД ИЗ МАССИВА ЗКСКАВАТ0РАШ1-1У1ЕХЛ0ПАТАШ

Специальность 05.15.03—„Открытая разработка месторождений полезных ископаемых*

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерозо 1993

Работа выполнена в Кузбасском политехническом институте.

Научный руководитель—доктор технических наук,

профессор ТАШКИНОВ . Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук -

ГАЛКИН Владимир Алексеевич

кандидат технических наук БЕЛОВ Виктор Иванович

Ведущее предприятие—институт „Кузбассгипрошахт".

Защита диссертации состоится

-часов на заседании специализированного совета

Д 063.70.02 Кузбасского политехнического института по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ^ " И^лЛ^Ъ^Я_1993 г#

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук А. С. ТАШКИНОВ

- 3 -

ОВЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Концепция развития открытой добычи угля в Кузбассе предполагает техническое перевооружение производства на основе достижений научно-технического прогресса и интенсификации горного производства. Предусматривается повышение эффективности использования потенциала существующих технологических схем на основа интенсификации технологических процессов и реализация новых научно-технических решений.

Особое место в технологии открытой угледобычи занимают буровзрывные работы. Частота взрывов в забое в значительной степени определяет динамику простоев технологического оборудования и влечет за собой определенные технико-экономические последствия. Взрывной способ и в ближайшей перспективе, согласно проектных проработок, остается основный при подготовке скальных и полускальных пород к выемке.

Задачи научно-технического прогресса горного производства в современных условиях долины решаться с позиций возраставших ограничений экологического характера. Следовательно, внедрение эколога-чески чистых ресурсосберегающих технологий в условиях открытых разработок - одна из наиболее важных и перспективных задач горнодобывающих отраслей промышленности. В настоящее время ¡10 "Уралмаш".совместно с ИГД СО РАБ создан и успешно прошел промышленные испытания экскаватор ЭКГ-ЬВ с ковшом активного действия, который осуществляет зыемяу скальных и полускальных пород из массива. Результаты испыта-тй послужили основой для разработки концепции новых моделей экска-заторов с ковшом активного действия вместимостью до 20 м3 и изуче-тя их технических возможностей.

Из изложенного следует, что научная задача, заключающаяся в фогнозной оценке технических возможностей экскаваторов-иехлопат и 'словий их эффективного применения при выемке скальных и полускальпах пород из массива, является актуальной. '

Цель работы - обосновать параметры экскавации при вкемке дальних и полускальных пород из массива и область эффективного рммензния экскаваторов-мехлопат с ковшом активного действия.

Основная идея • заключается в использовании результатов про-ышленных испытаний, экскаватора ЗКГ-5В с ковшом активного действия ля прогнозной оценки эффективности работы новых моделей' такого борудования в скальных и полускальных породах с'исключением комп-екса буровзрывных работ из технологии. ■

Научные положения. выносимые на защиту:

- вариация масштаба массовых взрывов на разрезах Кузбасса имеет случайный характер и не подвержена временному тренду;

- частота взрывов в забое имеет нормальное распределение с центром рассеяния один взрыв в месяц и стандартом 0,17;

- отношение технической производительности к теоретической является информативным интегральным показателем состояния пород при выемке их из массива, если в структуру его включены крепость пород и вместимость ковша экскаватора;

- выемка пород из массива экскаваторами-мехлопатами обычного исполнения с вместимостью ковша Ь—10 м3 оправдаю в породах крепостью до 20-30 МПа, в породах более высокой крепости следует переходить на применение мехлопат с ковшом активного действия.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлено, что характеристики масштаба массовых взрывов имеют случайную вариацию и не подвержены временному тренду;

- установлено, что частота взрывов в забое 'имеет нормальное распределение с математическим ожиданием равным одному взрыву в месяц;

- найдена адекватная математическая модель расчета показателя эффективности процесса экскавации при выемке пород из массива экскаваторами-мехлопатами;

- установлена область рационального применения экскаваторов-мехлопат с ковшом обычного исполнения и активного действия при выемке пород из.массива.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: ,

- применением методов математической статистики и теории вероятностей при изучении использования буровой техники, частоты промышленных взрывов, вариации масштаба массовых взрывов;

- технико-экономическим анализом, научным обобщением результатов, полученных при статистической обработке, эксперименте, опытно-промышленной проверке;

- практическим использованием в проектах рекомендаций по параметрам массовых взрывов, экскавации скальных и полускальных пород из массива.

Значение работы. Научное значение работы заключается в обосновании частоты и параметров массовых взрывов, прогнозной оценке

технических возможностей экскаваторав-мехлопа? с ковшом активного действия вместимостью более 5 м3.

Практическое значение имеют рекомендации по параметрам массовых взрывов и экскавации, при выемке пород различного физического состояния, области рационального применения буровзрывных работ и экскаваторов-иехлопат с ковшом активного действия.

Реализация выводов_и рекомендаций работы. Рекомендации по

обоснованию параметров масссвнх взрывов и их частоты внедрены в проекте'гориотранспортной части разреза им.Вахрушева Ю "Кемерово-уголь" (1991г.), Рекомендации по оценке параметров экскавации при выемке пород иг.массива используются в .проектной практике институтов "Сибгипрошахт" я "Кузбассгипрошахт". Суммарный расчетный экономический эффект составил 297 млн руб. .

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзных научно-технических конференциях ученых и специалистов угольной промышленности: "Технический прогресс на открытых горных-работах" .(Кемерово, Юу4г.), конференции по развитии производительных сил Сибири - секция "Угольный комплекс-УО" (Ленинск-Кузнецкий, 1990г.); на научно-технических совещаниях \Ын-углепрома (Экибастуз,. 19ВЗ, 1990гг.; Караганда, 1985г.; Красноярск, 1989г.); технических совещаниях концерна "Кузбассраэрезуголь" (Кемерово, 1974-1992гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в т.ч. одна монография.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 67 наименований, приложения; изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 19 рисунков, 52 таблицы.

ОСНОЗНОЕ С0Д5Рл1АПИЕ РАБОТЫ

Взрывной способ, несмотря на его существенные недостатки (включает опасные производственные процессы, сопряжен с рядом вредных физических проявлений, является одним из основных источников постоянного загрязнёния окружающей среды), до настоящего времени доминирует при подготовке полускальных и скальных пород к выемкз. На разрезах Кузбасса более 80% общего объема вскрыши разрабатывается с применением буровзрывных.работ.-Анализ проектных решений пока-

зал, что доминирующее положение взрывного способа подготовки пород при открытой добыче полезных ископаемых сохранено на перспективу во всех горнодобывающих отраслях промышленности.

Значительный потенциал буровзрывных работ заложен в повышении эффективности использования буровой техники и организации взрывных ребот. 'Однако имеющиеся научные решения не охватывают всего комплекса вопросов, требующих научной проработки, особенно при изменении горно-геологических условий и разнообразии применяемого технологического оборудования. Анализ показывает, что удельный вес буровзрывных работ в затратах на разработку горной массы растет.

Сложившуюся ситуацию до последнего времени можно было объяснить отсутствием конкурентоспособного способа выемки пород из массива. Разработка пород, предварительно разрушенных взрывом, по существу являлась единственно возможным техническим решением, удовлетворяющим требованиям технологии.

В условиях новых рыночных отношений и либерализации цен резко возросли затраты горных предприятий на оборудование и материалы, особенно на ВВ. Уже в настоящее время (к середине 19у2г.) достигнуто 300-кратноэ (в сравнении к ценам конца ЬО-х годов) увеличение цен'на ВВ. При сложившейся тенденции их роста 'и монопольном' владении выпуском этой продукции реально ожидать 800-краткое' и более увеличение стоимости ВВ, а следовательно, и снижение эффективности, буровзрывных работ.

ПО "Уралмаш" совместно с ИГД СО РАН создан и успешно испытан в разнообразных горно-геологических условиях экскаватор ЭКГ-58 с ковшом активного действия. Экскаватор работал по породам крепостью до 120-160 МЛа. Наибольшие 'объёмы пород, в общей сложности более I млн м3 горной массы, переработаны им в условиях карьеров стройматериалов по породам крепостью 50-100 МДа. Первые образцы экскаваторов ЭКГ-5В появились там, где в силу сложной ситуационной обстановки (инженерные сооружения, магистральные дороги государственного она-, чения, исторические памятники) из-за вредных проявлений взрыва (сейсмическое действие, ударная воздушная волна, разлет осколков породы) инспекторскими органами было запрещено ведение взрывных работ. В создавшейся экстремальной ситуации при союзе науки с производством нашло применение новое техническое решение, отвечающее требованиям технологии, технического прогресса и жестким ограничениям по охране окружающей среды.

В Кузбассе сложилась экстремальная экологическая обстановка.

При открыто" разработке угольных месторождений бассейна, не снижая аасгатабов горных работ, кокно существенно снизить их вредное влияние на окружающую среду, исключив из технологии комплекс буровзрывник работ. На разрезах Кузбасса обурироют и зарывают более 300 едн мэ горной, массы с преобладаний крепостью 60-80 НПа,. расходуют гвыяга 200 ТЫС..Т ВВ, бурят более 1?. мин м скваиин средни;* диаметром тело 0,22 н. При этом более 8С*£ общего объема буровзрывних работ трпходптся на транспортную систему разработки, технологический цикл ?оторой обеспечивают экскаваторы-мехлопаты.

Расчеты по валовому выбросу загрязняющих веществ с открытых ?орннх работ в атмосферу разрезами концерна "Куобассразре'эуголь", заполненные в КузЛИ, показали, что ежегодно выбрасывается свыше 138 тне.т лнхевидкйх частиц и выделяется более 21 млн м3 газов посте взрыва, Ичещивсч' материалы о-годовом выбросе загрязняющих вс~ 'сств свидетельствуют, что' в структур« выбросов разрезов иа дойю ^организованных источников приводится 55%, в т.ч. ка буровзрывные заботы - 28£. Следовательно, вклад буровзрывных: работ в годовой за-;овкй выброс загрязняющих веществ в атио'сферу с разрезов Кузбасса в ¡лижайшие годы реально снизить на

Исключение комплекса буровзрывных рабо?: из технологии дает ¡озкокнос?ь лерос;.;0?рзть границы действующих разрезов. Б настоящее фзая эксногичоскк целесообразна более глубокая отработка нолей ря-,а разрезов, однако насыщенность инхенерзыаа. сооружения:.«, близость ;аселенных пунктов не позволяет зто. Застройки по контуру полей •азрезов на' поверхности, "границы лгахткых полей в недрах формировались в соответствии с существующей их раскройкой, которая осуществилась с учетом зоны влияния взрывных работ.

Прирезка'уже 'разведанных запасов с передачей их на баланс дей-твущих.предприятий" для разработки по более совершенной техноло-ии - важный резерв в решении эколого-эконочических и социальных роблем угледобывающей отрасли Кузбасса. -.

Экскаваторный парк, сформировавшийся на разрезах Кузбасса л существляющий внемочно-погрузочныз работы по транспортной системе азработки, составляют в основном мехлопаты с вместимостью ковша I' * 5-16 м3. Структуре 'сложившемуся-парку транспортных машин в аибольпгей степени соответствуют модели экскаваторов-мехлопат с : = 8-12 м3. К выпуску экскаваторов-мехлопат такой мощности, осна-енных ковшом новой конструкции,ГО "Уралмаш" будет готово в ближай-ее время. ■

В приведенных материалах на учтено влияние на выбросы в атмосферу карьеров стройматериалов, которые расположены во всех районах Кузбасса. Как правило, они имеют экскаваторы с Е < 5 м3, размещены вблизи населенных пунктов. Если учесть, что влияние залповых выбросов от взрывных работ с концентрацией загрязняющих веществ выше предельно-допустимой распространяется на расстояние до 3,5-4 км, то становится очевидным, что затягивание с заменой экскаваторов ЭКГ-5А, или других моделей экскаваторов-мехлопат такой мощности, на ЭКГ-5В не способствует улучшению сложной экологической обстановки в горнодобывающих районах страны.

В связи с этим целью работы является обоснование параметров экскавации при выемке скальных и пслускальных пород из массива и области эффективного применения экскаваторов-мехлопат с ковшом активного действия. Основная идея работы заключается б использовании результатов промышленных испытаний экскаватора ЭКГ-5В с ковшом активного действия для прогнозной оценки эффективности работы новых моделей такого оборудования в скальных и полускальных породах с исключением комплекса буровзрывных работ из технологии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи,

1. Выполнить анализ изменения характеристик масштаба массовых взрывов во времени.

2. Определить область рационального применения буровзрывных работ.

3. Установить влияние технологических, свойств пород при выемке их из массива на производительность экскаваторов-мехлопат. .

4. Установить область эффективного применения экскаваторов-мехлопат обычного исполнения и с ковшом активного действия' при выемке пород из массива.

Для решения поставленных задач в работе используются.следующие методы исследований: математической статистики и теории вероятностей, технико-экономического анализа и научного обобщения, промышленный эксперимент для проверки теоретических разработок.

При выполнении работы автор использовал, научные знания в области технологии открытой разработки, изложенные в трудах Н.В.Мельникова, В.В.Ржевского, А.И.Арсентьева, М.Г.Новожилова, Л.И.Томакова, В.С.Хохрякова, Г.А.Холоднякова, А.И.Корякина; в области буровзрывных работ - в трудах А.В.Бирюкова, В.Д.Буткина, Г.Л.Демидюка, .М.Ф.Друкованого, Н.Г.Дубинина,. Э.И.Ефремова, _ Н.Н.Казакова, Б.Н.Цу-

тузова, $.И.%черявого,В.Н.Мосинца,И,А.Паначева, Н.Я.Репина,А.Н.Ха-нукаева; в области оценки эффективности технологических процессов -в трудах Е.Г.Баранова, Ю.И.Белякова, К.Е.Виницкого, Б.Н.Ракишева, И.Л.Тангаева, А.С.Тапкинова; в области организации производства на ггарьерах - в трудах А.Ф.Богачева',В.А.Галк1ша,В.М.Ганицкогс,О.Б.Кор~ телева, Б.А.Симкина и др.; а также ряда научно-исследовательских институтов и вузов (НИИОГР, КФ НИИОГР, ИГД им. Скочинского, ИГД СО РАН, ЫГИ,ЛГИ, КуэПИ и др.).

Организация буровзрывных работ

Использование буровой техники. . Опыт работы разрезов Кузбасса показал, что наилучшие технико-экономические показатели обеспечиваются при обуривании пород станками шокового и шарошечного бурения. Станки шнекового бурения составляют 20,7% численности парка. На их долю приходится до 9,5% объема работ по обуренной горной массе. Наибольший объем работ, до 90,5% по обуренной горной массе, выполняется тарошечнши стенками. При этом станками среднего типа, обеспечивающими бурение скважин диаметром 0,216-0,245 м, выполняется 72,5% объема буровых работ/Пополнение парка осуществляется,главным образом, за счет станков этого типоразмера.

Специальный анализ показал, что сложившаяся к настоящему времени структура парка станков, достаточно устойчива: соотношение бурового и экскаваторного оборудования находится в прзделах 0,57-0,61; расход бурения на I м3 взрываемой горной массы составляет 0,0340,036 м. В'то же время достигнутые показатели буровых работ нельзя считать прогрессивными: коэффициент использования парка буровых станков составляет 0,5-0,'56; годовая производительность списочного станка за последние десять лет возросла лишь на 26%.

Главным резервом в улучшении показателей буровых работ является повышение эффективности использования календарного фонда времени. По основной группе буровых станков,обеспечивающих бурение скважин диаметром 0,216-0,245 м, рабочее время составляет 25-37%, планируемые простои - 59-66%, непланируемые - 4-8% от календарного фонда времени. В планируемых простоях 84% времени составляют потери в связи с режимом работы буровых бригад (одно-, двухсменная работа при пятидневной рабочей неделе), 13% - планово-предупредительные, ремонты. Накопленный опыт позволяет сделать вывод, что сложившийся

режим работы во многом определяется низкой надежностью буровой техники.

Частота массовых взрывов. Задача определения оптимального объема массовых взрывов решается наиболее часто на основе экономико-математических моделей затрат по производственным процессам с учетом режима работы предприятия. Режимы взрывных работ динамичны и изменяются не реже, чем через 3-4 года в связи с изменением общего уровня организации производства. К тому же резкое изменение соотношения цен на материалы (в основном ВВ) и оборудование, механизация взрывных работ обусловливают тот фа^ст, что на первый план при организации массовых взрывов выступают задачи их технического и организационного обеспечения.

Для оценки существующей организации взрывных работ выполнен анализ параметров массовых взрывов. Установлено,что наибольшей мощностью и стабильностью отличаются взрывы в блоках, отрабатываемых по бестранспортной системе разработки. Средняя масса взрываемого ВВ по этим блокам изменяется в пределах 1355, Достаточно устойчивыми являются параметры блоков, отрабатываемых по 'транспортной, системе разработки с применением железнодорожного транспорта. Средняя масса взрываемого ВВ по этой группе взрывов изменяется до 23$. Взрывы, осуществляемые в зоне действия автотранспорта, отличаются наименьшей стабильностью и мощностью. Отклонения по средней массе взрываемого ВВ достигают 55%.

При существующей ритмичности промышленных взрывов в среднем готовятся блоки, обеспечивающие, бесперебойную работу экскаватора в течение месяца. Анализ объемов блоков по взрывам малой мощности показал, что они обеспечивают семи-, пятнадцатисуточную работу экскаваторов. Следовательно, для обеспечения бесперебойной работы экскаваторов в этом случае требуется производить в одном забое 2-3 взрыва в месяц. Установлено такие, что если все взрывы малой мощности довести до уровня средней, то мощность взрывов . в зоне работы драглайнов составит 240 т, в зоне действия железнодорожного транспорта - 200 т, в зоне действия автотранспорта - 130 т.:

При оценке существующей организации взрывных работ выполнен анализ вариации характеристик масштаба массовых взрывов (число взрывов за месяц, средний расход ВВ на взрыв, средний объем взрываемого блока). При этом- установлено, что вариация характеристик масштаба Езрывов лишена временного тренда и имеет случайный характер. Это обстоятельство делает правомерным выбор рационального

масштаба взрывов, учитывается лишь категорию пород и производительность экскаватора.

Обоснование объдцоп.взрычаемых блоков. В настоящее время нашли применение зарядные машины с вместимостью бункера 10-25 т, в перспективе могут найти применение машины с вместимостью бункера до 40 т. Для технологической обработки ВВ на предприятиях функционирует комплекс машин и кехишзмов.

Результаты анализа показал;!, что изменение объема взрываемой горной массы н массы ВВ блока прямо пропорционально частоте взрывов в забое. Сильное влияние на рассматриваемые показатели взрывных работ оказывает вместимость ковша экскаватора, занятого на выемке взорванной горной массы: при частоте взрывных работ в забое один взрыв п месяц и измен», ши вместимости ковша экскаватора от 5 м3 до 20 м3 необходимые объемы взрываемой горкой массы в блоке возрастают в 3,8-4,2 раза, а массы ВВ блока - в 2,7-3,0 раза. Частота взрывов в забое подверчена влиянию организационных и горно-геологических факторов, что обусловливает ее случайную вариацию. Как случайная величина частота взрывов в забое ццеет нормальное распределение с центром рассеяния один ззрыв в месяц и стандартом равным 0,17. При этом общий размах значений этой случайной величины составляет 0,5-1,5.

Выявлено влияние категории пород на объем взрываемой горной массы и массы ВВ блока. Установлено, что при принятом режиме ведения взрывных работ с возрастанием'сопротивляемости пород взрывному разрушению необходимые для бесперебойной работы экскаватора объемы взрываемой горной массы блока уменьшаются в 1,2-1,35 раза, а масса взрываемого ВВ блока возрастает и 2,2--2,4 раза.

При механизированном, исполнении заряжания скважин ВВ объемы взрываемых блоков доланы быть- увязаны с'производительностью зарядных комплексов.. Необходимо учесть особенности производственного процесса и требования, предъявляемые к нему. Так применительно к взрывным работам предпочтительнее, когда они., осуществляются в течение одной смены, особенно .при взрывании обводненных'скважин. Это достигается за счет увеличения парка зарядных машин. Последнее способствует снижению эффективности их использования.

При существующей концентрации горных работ п опасную зону попадает в среднем до. 3 экскаваторов. Следовательно, с. учетом взаимного влияния рассматриваемые' режимы .ведения.взрывных работ характеризуются различным количеством простоев экскаватора из-за взрывных

работ (табл.1). При этом экскаватор,в забое которого ведутся взрывные работы, теряет не менее 1,5 смен. Экскаватор, попадающий в зону влияния соседнего взрыва, теряет из-за этого не менее 2 часов рабочего времени.

Количество простоев из-за взрывных работ

Таблица I

Частота взрывов в забое, о о т п Ъъ п'*

взрывов/месяц ^ Л 1 - ' ■ '

Количество простоев в д ^ 3 2 15

Различные режимы ведения взрывных работ обусловливают разницу в годовом количестве взрывов.. При известной концентрации горных работ представляется возможным оценить потери производительности вые-мочно-погрузочного оборудования при различной частоте взрывов в забое (табл.2). В расчетах за базовый вариант приняты породы Ш категории по блочноети. Установлено, что переход от взрызов, обеспечивающих десятисухочную работу экскаватора, к взрывам, обеспечивающим месячную бесперебойную работу, позволяет существенно сократить потери производительности. Так применительно к экскаваторам с Е = 10 мэ это обеспечивает снижение потерь производительности из-за взрывных работ на каждый работающий экскаватор в объеме 155 тыс.м3 в год, что выше фактически достигнутой на разрезах концерна месячной производительности экскаваторов данного типа. Необходимо отметить, что месячный период является базовым циклом в планировании показателей основной деятельности горнодобывающих предприятий.

Режим ведения взрывных работ оказывает существенное влияние на численность рабочего парка зарядных агрегатов. При частоте взрывов в забое 2-3 в месяц для заряжания скважин в породах 1-П категорий по блочноети достаточно 2-3 машины вместимостью бункера до 25 т, в породах Ш—У категорий - 4-5 машин с бункером такой же вместимости. При этом обеспечивается достаточно высокая эффективность их использования: при объеме взрываемой горной массы до.30-40 м3 коэффициент использования зарядных машин составляет Ки = 0,65-0,85. Однако при этом самые большие простои выемочно-погрузочного оборудования и потери' его производительности (см. табл.2).

При частоте один взрыв в 1,5-2 месяца сокращается их количество, простои из-за взрывных работ (см. табл,1)., потери производи-

тельности выемочно-погрузочного оборудования (см. табл.2). Но при этом возрастает потребность в зарядных агрегатах, резко снижается зф|)ективность их использования ( Ки « 0,2-0,3). Реализация такого режима ведения взрывных работ оказывается возможной, если рабочий парк зарядных машин довести до 10-17 единиц (при вместимости бункера до 25 т). Списочный парк зарядных машин должен составить при этом не менее 18-24 единиц. Уменьшить численность парка зарядных машин можно, если' перейти на заряжание скважин в течение двух суток. Что возможно только для отдельных блоков, но, учитывая обводненность скважин, такой режим ведения взрывных работ нельзя рекомендовать как основной.

Таблица 2

Потери производительности экскаватора из-за взрывных работ

Показатели Частота взрывов в забое, , взрывов/месяц

3 2 I 0.75 0.5

Годовые потери из-за взрывных работ:

- рабочего времени, смен; 72 . 48 24 16 12

- производительности, тыс.м3

Е = 5 м3 124,8 83,2 41,6 27,7 20,8

Е = Ю м3 232,8 155 77,6 51,7 38,8

Е = 15 м3 345,6 . 230,4 115,2 76,8 57,6

Е = 20 м3 466,6 311 155,6 103,7 77,8

При частоте взрывов в забое один взрыв в месяц для заряжания зквадин в породах 1-11 категорий по блочности - 3, а в породах Ш-У «атегорий - 5 зарядных машин, с вместимостью бункера до 25 т в состоянии обеспечить заряжание блока в течение одной смены для экскаваторов с вместимостью ковша до 10 м3. Для экскаваторов с вмести-юстыо ковша до 20 м3 необходимое количество зарядных машин .соста-шт соответственно 5 и 9. Численность рабочего парка зарядных машин южет быть уменьшена за счет увеличения их грузоподъемности. Так в юследнем случае при увеличении вместимости бункера до 40 т чис-[енность рабочего парка зарядных машин может быть доведена соответ-¡твенно до 3 и 6. Рекомендуемые параметры массовых взрывов приведе-[ы в табл.3.

Таблица 3

Рекомендуемые параметры массовых взрывов

Вместимость Категория пород по блочности_

ковша экска- т >, щ V

ватора, м3 --■-¿¡Ь*-:-

Объем взрывае- Масса взры- Объем взрывае- Масса взры-мой горной ваемого в мой горной ваемого в массы в блоке, блоке ВВ,т массы в блоке, блоке ВВ, т _ тыс.м___ тмс.м3__

5 160-175 60-80 150-155 110-150

10 310-340 100-120 280-290 ' 190-250

15 450-560 140-160 410-430 260-330

20 610-750 . 190-210 560-580 320-420

Оценка эффективности работы экскаваторов-мзхлопат

Технические возможности. При изучении технических возможностей экскаваторов-ыехлопат в работе рассмотрены следукяцие схеиы.ведения выемочно-погрузочных работ: выемка взорванных пород из массива экскаваторами обычного исполнения, а также выемка пород из массива экскаваторами с ковшом активного действия (рис.1). Количественная оценка изменения производительности экскаваторов-мехлопат обычного исполнения при выемке взорванных пород установлена на основе рекомендаций Н.Я.Репина и А.С.Ташкинова (см. рис.1а), при выемке из массива - на основе рекомендаций К). И. Белякова (см. рис.16). Результаты изучения рабочего процесса экскаватора ЭКГ-5В использованы для прогнозной оценки производительности мехлопат с ковшом активного действия вместимостью 5-20 м3 (см. рисЛв). При этом установлено, что группа основных факторов, определяющих' показатель эффективности процесса экскавации (Ко ) - отношение технической производительности экскаватора к паспортной - при выемке пород из массива включает крепость пород ( ) и .вместимость ковша экскаватора

; Ка=ехр[-р (45 - Е)/8о]. ; : (I)

На основе аппроксимации графических данных (см. рис.1) получены . адекватные модели для расчета технической производительности (м3/ч):

- мехлопат Обычного исполнения при выемке взорванных пород

От = 200Е3'%хр (->///£), (2)

:Л. Влияние крепости пород на техническую производительность экскаваторов: обычного исполнения при выемке взорванных пород (а) и из массива (б); с ковшом активного действия при выемке пород из массива (в); I, 2, 3, 4 - при вместимости ковша экскаватора соответственно 5, 10, 15,

и 20 и3

- мехлопат обычного исполнения при выемке пород из массива

Qr = 200E°'4exP(-i,2f/E), (;

- мехлопат с ковшом активного действия •

Qr = 200Eo,eexp(-0,4VT) .

Результаты анализа использованы в дальнейшем для оценки оффе1 тивности экскаваторных работ.

Область эффективного применения. Расчеты показали, что щ выемке пород из развала в общей стоимости разработки I мэ взорва{ ной горной массы (при рациональных параметрах подготовки) с повыше нием стоимости ВЗ и сопротивляемости пород взрывному разрушеш происходит резкое увеличение размеров затрат на буровзрывные работ (табл.4).

Таблица 4

Изменение относительной стоимости буровзрывных работ

Категория Относительная стоимость ВВР {% от размеров приведенных пород по затрат на разработку горной массы) при стоимости I кг блочности ВВ ;руб)_;____________-

__ 20_ 60 100 200 ' 300

I 24-26 47-49 60-62 74-76 82-84

п 2 8-32 53-57 64-66 78-82 84-87

lii 35-3-3 60-61 .70-74 83-85 88-91

п ЗУ—i3 64-68 ' 7^-78 65-87 90-94

у 41~*Ь 68-72 60-84 87--0 92-Уо

При выемке пород из массива экскаваторами обычного исполнеш с возрастанием категории по трудности экскавации резко возраста« затраты на выемочно-ногрузочныа работы (табл.5). ,

Таблица 5

Изменение относительных размеров приведенных затрат на экскавацию пород из массива

Крепость пород, МПа : 5 10 15 30 40 60

Затраты на экскавацию пород из массива {%) при вместимости ковша

-5 100 137 180 339 506 1240

- 10 : 100 127 155 242 411 912

- 15 . 100 ' 116 ; 135 210 .335 700

- 20 100 из 12о 186 285 612

Сто, Р/М>

Е=5м3

Спр,Р/М3

Е-Юи1

Спр,Р/И3

8 Л

■ Е = <5м*

300

200

<00

/ X М. 3

г - \х

300

200

<00

4 3 } Спр, р/мэ Е=20м3

•

А

3

2

1с.2. Изменение размеров приведенных затрат от крепости пород: I - при выемке пород из массива экскаваторами ■ с ковшом активного действия; 2, 3, 4, 5 - при выемке взорванной горной массы и стоимости I кг ВВ соответственно 20, 100, 200, 300 рублей

Применение экскаваторов с ковшом активного действия экономя чески выгоднее во всем диапазоне рассматриваемых условий (рис.2) Снижение технической производительности экскаватора с ковшом актив ного действия, в сравнении с экскавацией пород 1-Ш категорий а трудности экскавации непосредственно из массива, а пород 1У-У кате горий - из развала, составляет 10-45%. Если учесть, что в условия реальной загрузки транспортом имеется возможность использовать тех нологические перерывы в работе для подготовки горной массы в забое то снижения сменной производительности в мелко- и .среднеблочных по родах можно избежать.

Следовательно, исключение комплекса буровзрывных работ из тех нологии на основе внедрения экскаваторов-мехлопа? с ковши активно го действия - важный резерв в повышении эффективности открытых раз работок, т.к. без принципиального изменения базовой технологии поз волнет существенно улучшить технико-экономические показатели и око логическую обстановку в. зона влияния открытых горных работ,

ЗаШ^ЧЕШ'Е

В диссертационной работе дано новое решение научной задачи прогнозная оценка технических возможностей экскаваторов-иехлопаг ; условий их эффективного применения при выемке"скальных и полускаль них пород из массива, каещей существенное значение для угольно промышленности.

Основные выводы и рекомендации

I. Частота взрывов в забое имеет нормальное распределение центром рассеяния один взрыв в месяц и стандартом 0,17. При это устранение взрывов малой мощности, обеспечивающих бесперебойную ра боту экскаватора на период менее месяца - резерв в совершен.ствова нии организации взрывных работ на разрезах Кузбасса.

.' 2. Вариация масштаба массовых взрывов на разрезах Кузбасс имеет случайный характер и не подвержена временному тренду. • .

3. В силу возрастающих ограничений экологического характера резкого повышения цен на взрывчатые материалы взрывной способ под готовки полускальных и скальных пород;к выемке, даже при рациональ ных параметрах его осуществления, все в большей степени перестае отвечать требованиям научно-технического прогресса и охраны окру

хающей среды, что обусловливает необходимость поиска альтернативных вариантов выемки этих пород непосредственно из массива во всех гор-■юдобывающих отраслях промышленности.

4. Результаты промышленных испытаний экскаватора ЭКГ-5В в ус-ювиях карьеров стройматериалов позволили получить экспериментально данные о технических возможностях экскаваторов с ковшом активного действия вместимостью до.5 мэ при выемке скальных и полускаль-шх пород непосредственно из массива, что дает возможность исполь-¡овать их для прогнозной оценки эффективности работы новых моделей жскаваторов такого типа.

5. Установлено, что группа основных факторов, определяющих эффективность процесса выемки пород из массива, содержит крепость по-юд и вместимость ковша экскаватора. Максимальная техническая про-[зводитедьность экскаваторов с ковшом активного действия вмести-¡остью 5-20 м3 при выемке пород У категории по блоч'ности из массива ¡оставляет 0,55-0,65 от номинальной при разработке таких пород из >азвала.

6. Применение' экскаваторов с ковшом активного действия как по ■дельным энергозатратам, так и по приведенным расходам на зкскава-;ию оправдано в породах 1-У категорий по блочное™. Сравнение подателей .эффективности выемки породы из массива и развала экскава-орами-мехлопатами обычного исполнения показала:

- для экскаваторов с вместимостью ковша Е < 10 м3 выемка по-од из массива эффективна в породах крепостью до 20 МЛа;.

- для экскаваторов с вместимостью ковша Е > М м3 - в поро-,ах крепостью до 30 МПа.

В породах более высокой крепости следует переходить на приме-ение экскаваторов с ковшом активного действия.

7. Внедрение разработанных рекомендаций в проекте горнотранс-ортной части разреза им.Вахрушева Ю "Кемеровоуголь" позволило поучить расчетный экономический эффект в размере 297 млн рублей (в енах 1991 года).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих рабо-

ах:

I. Кузнецов В.И., Проноза В.Г., Дрямин А.Я. Обоснование кален-арного плана горных работ для Сибиргинского участка Междуреченско-э разреза/Усовершенствование технологии открытых горных работ:Сб. ауч.тр./Кузбас.политехи.ин-т* - Кемерово,1У71, - №-43. - С. 27-35.

2. Кузнецов В.И. Перспективы развития открытой угледобычи I Кузбассе//Перспективы развития открытой разработки угольных место-рождений:Межвуз.сб.науч.тр./Кузбас.политехи.ин-т. - Кемерово,1965.-С. 5-12. ' •

3. Кузнецов В.И., Крысанов И.А. Сокращение эксплуатационны) потерь угля на разрезах//Угодь. - 1985. - В 10. - С. 40-42.

4. Повышение эффективности взрывных работ на разрезах Кузбасса/В. И.Кузнецов, А.С.Ташкинов, А.В.Бирюков и др. - Кемерово¡Кемеровское кн. изд-во, 1У8у. - 166 с.

5. Кузнецов В.И. О режиме тяги железнодорогадого транспорт! угольных разрезов//Уголь. - 1990. - № 3. - С. 37-38.

6. Кузнецов В.И. Развитие и совершенствование бестранспортны) схем экскавации в Кузбассе//Уголь. - 1990. - № 5. - С. 27-28.

7. Виницкий К.Е., Кузнецов В.И., Нецветаев А.Г. Совершенствование открытого способа добычи угля в Кузбассе:0бзор/ЦШЭИуголь. • !.'.., 1991. - 54 с.

8. )лдамиров В.М., Кузнецов В.И., Михальченко В.В. Эколого-эко-ноиические и социальные проблемы в угледобывающей отрасли Кузбас-са//Уголь. - 1991. - № II. - С. 3-7.

9. Кузнецов В.И. Пути совершенствования технологии добычи угл.

Заказ 564 тир Л00 экз. Формат 60хЬ4/16. Ооъзм I печат.л.печать офсетная.

Типография Кузбасского политехнического института. .

650027 г.Кемерово, ул.Красноармейская, 115.