автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Научно-техническое обоснование эффективной и безопасной разработки многолетнемерзлых россыпей подземным способом



МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи УДК 622.232:622.861

ШЕРСТОВ Валерий Андреевич

НАУЧНО - ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ И БЕЗОПАСНОЙ РАЗРАБОТКИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ РОССЫПЕЙ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ

Специальна 5.02

"Подзе >тка

месторождений полезк, ^ ых"

05.26.01 "Охрана тр. . пожарная оезопасность"

Диссертация на соискание ученой степени . доктора технических наук в форме научного доклада

МОСКВА 1995

Работа выполнена в Институте горного дела Севера СО РАН

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доктор технических наук, доктор технических наук,

профессор С. В. Потемкин профессор О. В. Михеев профессор В. В. Кудряшов

Ведущее предприятие — ВНИИ-1 (г. Магадан)

Защита состоится Л Л 1995 г. в / 5

циализированного Совета Д.063Л5.02 при Московской госу/

»•о

ч. на заседании

специализированного Совета Д.063.55.02 при Московской государственной геологоразведочной академии по лдрес^ 117873, Москва, ГСП-7, В-245, ул. Миклухо-Маклая, д. 23, ауд. (у —й / ~

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Диссертация разослана "

А. —1995 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук, профессор

В. П. Небера

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации, представленной в форме научного доклада, дается краткое содержание опубликованных автором работ по результатам выполненных исследований за 1970—1994 гг.

Актуальность проблемы. Программой социально-экономического развития народного хозяйства страны предусматривается стабилизация производства и последующее развитие отраслей цветной металлургии. Одним из основных районов добычи благородных металлов является Северо-Восток Российской Федерации (Магаданская область, Республика Саха (Якутия), Чукотский автономный округ), где добыча золота осуществляется преимущественно из мно-голетнемерзлых россыпных месторождений открытым и подземным способами. Учитывая, что россыпные месторождения в ближайшей перспективе остаются основными объектами золотодобычи, совершенствование их разработки — одна из главных задач научно-технического прогресса в золотодобывающей подотрасли. Вовлечение в эксплуатацию в 1970—1990 гг. ряда крупных месторождений в районах Заполярья и Центральной Колымы и рост удельного веса подземного способа разработки многолетнемерзлых россыпей в общем объеме добычи металла из россыпей потребовало изыскания более эффективных и безопасных технологий ведения подземных горных работ.

Одним из основных путей совершенствования подземной разработки многолетнемерзлых россыпей является применение комплексов мобильного и высокопроизводительного самоходного оборудования, так как существующая технология производства разведочных, проходческих и очистных работ на приисках, базирующаяся на применении переносного оборудования (ручные перфораторы, скреперные лебедки) и камерно-лавных систем разработки, исчерпала свои технические возможности роста производительности труда и характеризуется высоким уровнем производственного травматизма и значительными потерями металла в недрах.

Вместе с тем недостаточная изученность и отсутствие комплексной оценки эффективности и безопасности применения самоходного оборудования при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей в сравнении с переносным по критериям производительности, безопасности и гигиены труда; нерешенность ряда технических вопросов, связанных со спецификой эксплуатации шахт в условиях многолетней мерзлоты, не позволяют на должном уровне обосновать целесообразность его применения при отработке крупных перспективных россыпных месторождений.

Решению проблемы "Повышение эффективности и безопасности подземной разработки многолетнемерзлых россыпей на основе применения самоходного оборудования, изыскания адаптированных к нему технологий проходческих и очистных работ, рациональных способов регулирования теплового режима и управления кровлей" посвящена совокупность выполненных исследований, результаты которых представляют научно обоснованные технические и технологические решения, направленные на ускорение научно-технического прогресса в золотодобывающей подотрасли и имеют важное народнохозяйственное значение.

Несмотря на некоторое снижение удельного веса подземной разработки россыпей в последние годы, данная проблема не теряет своей актуальности в

настоящее время и на перспективу, так как в структуре балансовых запасов россыпной золотодобычи Дальневосточного региона более 15% запасов представлено россыпями, разработка которых возможна только подземным способом. Выявлены также перспективные прогнозные запасы золота в россыпях, залегающих на больших глубинах, однако их детальная разведка сдерживается примитивностью и малой производительностью применяемых средств механизации и технологии проходки разведочных горных выработок. Кроме того, имеются алмазо- и оловоносные многолетнемерзлые россыпи, эксплуатацию которых также целесообразно производить подземным способом. В связи с изменившейся ситуацией в хозяйственной деятельности предприятий и переходом их на рыночные отношения в определенных условиях подземный способ разработки многолетнемерзлых россыпей может оказаться конкурирующим с открытым и, исходя из относительно высокой платы за экологические последствия от открытых горных работ, область его применения может расшириться.

Следует также отметить, что тяжелые условия и опасность труда подземных горнорабочих в значительной степени предопределили отказ от подземных работ на приисках, которые специализировались только на открытой разработке россыпей. Для изменения сложившейся ситуации необходимо аргументированное обоснование возможности применения подземного способа разработки путем использования более современных и безопасных средств механизации и технологий разработки.

Цель работы — дать научное,обоснование технических и технологических решений, обеспечивающих повышение производительности и безопасности труда, снижение потерь металла в недрах при подземной разработке многолетне-мерзлых россыпных месторождений.

Идея работы — повышение эффективности и безопасности подземных горных работ при освоении россыпных месторождений можно достичь путем применения современных средств механизации, совершенствования технологии разработки и улучшения условий труда подземных горнорабочих.

Задачи исследований:

— провести анализ минерально-сырьевой базы россыпной золотодобычи, условий и показателей подземной эксплуатации россыпных месторождений, дать прогноз уровня научно-технического прогресса при подземной разработке россыпных месторождений на перспективу;

— выявить и дать анализ факторов, формирующих условия труда при использовании переносного и самоходного оборудования и получить основные параметры состояния условий и характера труда;

— изучить влияние горнотехнических факторов на уровень производственного травматизма при применении переносного и самоходного оборудования и разработать рекомендации по обеспечению безопасных условий труда.

— оценить эффективность и безопасность применения самоходного оборудования в сравнении с переносным, определить рациональную область его использования;

— изучить вентиляционный, тепловой и пылевой режимы россыпных шахт и разработать инженерные методы расчета необходимого количества воздуха для работы погрузочно-доставочных машин с дизельным приводом и параметров теплового режима с целью выбора рациональных способов его регулиро-

вания в условиях высокомеханизированных шахт с круглогодичным режимом работы;

— разработать комплекс инженерных решений, направленных на совершенствование технологии проходческих и очистных работ с использованием самоходного оборудования, повышение устойчивости воздухоподающих выработок в летний период и обеспечение необходимых гигиенических условий труда горнорабочих в зимнее время;

— изучить проявления горного давления при столбовых системах разработки и установить рациональные области применения различных способов управления кровлей на базе альтернативных вариантов бесцеликовой выемки.

Методы и объекты исследований. В процессе выполнения работы использовалась комплексная методика, включающая аналитический обзор, шахтные наблюдения за работой переносного и самоходного оборудования, проявлениями горного давления, за формированием теплового, вентиляционного и пылевого режимов шахт; аналитические исследования с решением теплофизических задач, использованием метода прогнозирования, методик экспертного опроса, экономико-математического моделирования. Объектами исследований являлись шахты комбинатов "Джугджурзолото", "Индигирзолото" и "Куларзолото" Акционерной компании "Золото Якутии".

Планирование работы. Исследования проводились по плану научно-исследовательских работ Института физико-технических проблем Севера, Института горного дела Севера, Якутской лаборатории охраны труда ВЦНИИОТ в рамках целевых комплексных программ, выполняемых согласно соответствующим постановлениям ГКНТ СМ СССР, президиума РАН и СО РАН, ВЦСПС, а также по хоздоговорным работам, в которых автор принимал непосредственное участие в качестве ответственного исполнителя и научного руководителя тем с 1970 по 1994 г.

Основные защищаемые положения:

— результаты эспериментальных исследований и экспертных оценок условий и характера труда при использовании переносного и самоходного оборудования на буровых работах и доставке горной массы показывают, что внедрение самоходной техники позволяет существенно повысить производительность и безопасность труда, а также улучшить гигиенические условия на рабочих местах;

— снижение уровня травматизма при подземной разработке многолетне-мерзлых россыпей можно достичь путем оценки влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на степень опасности труда (вероятность несчастного случая) на основе использования теории распознавания образов и разработки графоаналитического метода прогноза и управления безопасностью труда, позволяющего количественно оценить степень снижения травмоопасно-сти путем воздействия па управляемые факторы;

— повышение эффективности подземных горных работ с использованием самоходного оборудования обеспечивается внедрением рациональных технологий проходческих и очистных работ и выбором оптимальных способов управления кровлей, на основе разработанной экономико-математической модели с учетом выявленных особенностей и закономерностей проявлений горного давления;

— повышение эффективности и безопасности работы шахт в условиях

круглогодичной эксплуатации достигается внедрением научно обоснованного комплекса технических мероприятий по регулированию теплового режима в летний и зимний периоды, основанных на решении ряда прикладных аналитических и теплофизических задач и результатах экспериментальных исследований с учетом рекомендуемых оптимальных величин необходимого количества воздуха для конкретных марок дизельных погрузочно-доставочных машин.

Достоверность научных положений подтверждена фактическими данными, характеризующими эффективность и безопасность применения самоходного оборудования при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей, большим объемом натурных наблюдений за формированием теплового и пылевого режимов, проявлениями горного давления, удовлетворительной сходимостью результатов аналитических исследований с данными шахтных наблюдений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— сделана оценка горнотехнических условий эксплуатации россыпей Сибири и Северо-Востока России и выполнен прогноз уровня научно-технического прогресса при подземной разработке россыпных месторождений на перспективу;

— установлены количественные показатели, характеризующие продолжительность выполнения трудовых операций, производительность, безопасность и гигиенические условия труда горнорабочих при использовании переносного и самоходного оборудования на примере шахт Заполярья;

— разработан метод исследования влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на уровень травматизма, основанный на теории распознавания образов, отличающейся ог традиционных возможностью анализа прямых и косвенных факторов, а также метод прогноза и управления безопасностью труда в виде графа прогноза и управления;

— разработана укрупненная экономико-математическая модель определения рациональной области применения различных комплексов самоходного оборудования и методика расчета основных параметров буровзрывных работ при длинношпуровой отбойке;

— установлены закономерности формирования теплового и пылевого режимов при подземной разработке россыпных месторождений Якутии;

— разработана методика расчета необходимого количества воздуха для дизельных погрузочно-доставочных машин в зависимости от их мощности, отличающаяся тем, что в ней учитывается число наложений газовых облаков в зависимости от интервала движения машин, длины транспортировки, скорости движения машин и вентиляционного потока;

— разработана методика расчета параметров пленочной теплоизоляции и крепления устьевой части наклонных воздухоподающих стволов в условиях летней эксплуатации шахт с учетом глубины промерзания, прогрева и протаи-вания окружающих ствол пород;

— установлен характер обрушения и поведения кровли при применении столбовой системы разработки с использованием механизированной крепи в условиях сильнольдистых россыпей;

— разработана унифицированная экономико-математическая модель экономической оценки способов управления кровлей на россыпных шахтах, учитывающая стоимостные и трудовые затраты, связанные с предлагаемыми способами управления горным давлением в зависимости от содержания метал-

ла и объемных показателей, внедрение которых позволяет снизить потери полезного ископаемого в недрах до минимума;

Личный вклад автора:

— установление области применения подземного способа разработки мно-голетнемерзлых россыпей и прогноз показателей технического прогресса при их освоении на основе анализа минерально-сырьевой базы и оценка горнотехнических условий эксплуатации;

— разработка методики и определение количественных показателей факторов, формирующих условия труда при использовании самоходного и переносного оборудования;

— установление рациональной области применения различных комплексов самоходного оборудования на основе сравнительной оценки эффективности и безопасности использования самоходного и переносного оборудования;

— обоснование и оптимизация параметров буровзрывных работ при длин-ношпуровой отбойке;

— установление особенностей и закономерностей вентиляционного, теплового и пылевого режимов шахт, проявлений горного давления при подземной разработке россыпных месторождений Якутии;

— постановка задач и разработка аналитических методов расчета вентиляционного и теплового режимов горных выработок, метода прогноза и управления безопасностью горных работ;

— разработка и организация внедрения технических решений по совершенствованию технологии проходки и эксплуатации вскрывающихся выработок, систем разработки, способов регулирования теплового и пылевого режимов россыпных шахт;

— разработка методики и определение рациональной области применения различных способов управления горным давлением при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

— сделана оценка сырьевой базы, условий и современного состояния подземной разработки многолетнемерзлых россыпей, дан прогноз уровня научно-технического прогресса на перспективу;

— обоснована целесообразность применения на крупных шахтах самоходного оборудования, повышающего производительность и безопасность работ, улучшающего условия труда горнорабочих;

— определена рациональная область применения различных комплексов самоходного оборудования и разработаны рекомендации по совершенствованию буровзрывных работ на основе длинношпуровой отбойки с учетом использования самоходной техники на проходке горных выработок;

— разработаны рекомендации по совершенствованию систем разработки с учетом более эффективного использования самоходного оборудования, в том числе внедрена новая система повторной разработки ранее отработанных россыпей (выемка междукамерных целиков), а также технология проходки и эксплуатации вскрывающих выработок;

— разработаны и внедрены рекомендации по повышению устойчивости вскрывающих выработок в летний период эксплуатации, определена рациональная область применения пленочной теплоизоляции;

— разработаны и внедрены способы и схемы регулирования теплового и пылевого режимов шахт, основанные на использовании теплоаккумулирующих выработок;

— разработан в виде графа метод прогноза и управления безопасностью труда по горно-геологическим и горнотехническим факторам, являющийся одним из способов снижения производственного травматизма;

— показана возможность и целесообразность применения столбовой системы разработки с механизированной крепью поддерживающего типа для обеспечения бесцеликовой выемки золотоносных песков в условиях сильнольдистых россыпных месторождений Заполярья;

— разработаны и внедрены рекомендации по совершенствованию управления кровлей и выбору рациональных способов управления горным давлением при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей;

— составлен библиографический указатель "Подземная разработка россыпных месторождений" (1965—1988 гг.)., дающий полную информацию о публикациях по различным вопросам подземной разработки россыпных месторождений.

Реализация результатов работы. Период 1970—1975 гг. На приисках комбинатов "Джугджурзолото" и "Индигирзолото" внедрена разработанная совместно с' ИРГИредметом работа "Столбовая система разработки с поддержанием кровли целиками и стоечной крепью" вместо ранее применявшейся сплошной с креплением очистного пространства костровой крепью, применение которой позволило на 20% снизить себестоимость добычи песков. На шахтах ГОКа "Джугджурзолото" при вскрытии глубокозалегающих россыпей внедрены': летняя проходка стволов, наклонные стволы с переменным сечением, затраты на проходку и эксплуатацию которых сократились на 18%; теплоизоляция воздухоподающих стволов полимерными пленками, позволившая снизить расходы на крепление на 20%. Внедрены способы регулирования теплового режима в зимний период с помощью теплоаккумулирующих выработок, позволившие снизить простудную заболеваемость горных рабочих в среднем на 20%.

Период 1975—1980 гг. Внедрение способов регулирования теплового режима на шахтах ГОКа "Индигирзолото", апробация пылеулавливающей установки; внедрение способа проходки вертикальных выработок с помощью распаривания скважин, рекомендаций по повышению устойчивости транспортных стволов в летний период эксплуатации.

Период 1980—1985 гг. Опытно-промышленные испытания столбовой системы разработки с применением механизированной крепи при разработке одной из высокольдистых россыпей ГОКа "Куларзолото", внедрение новой системы повторной разработки ранее отработанных россыпей (выемка междукамерных целиков), рекомендаций по повышению устойчивости транспортных стволов глубокозалегающих шахт Кулара.

Период 1985—1990 гг. Рекомендации по использованию метода прогноза и управления безопасностью труда по ГГ и ГТ факторам приняты ГОК "Куларзолото" к внедрению. "Методические рекомендации по выбору рациональных способов управления кровлей на россыпных шахтах области многолетней мерзлоты" используются институтом "Якутзолотопроект" при проектировании.

В 1992—1993 гг. выполнены ТЭО по разработке ряда перспективных россыпных месторождений Якутии подземным способом, в том числе алмазоносной россыпи "Восточная" столбовыми системами разработки с применением самоходного оборудования. В 1994 г. подготовлены предложения по концепции развития золотодобывающей промышленности республики, которая вошла составной частью в Федеральную программу "Социально-экономическое развитие Республики Саха (Якутия)". Суммарный экономический эффект от внедрения практических результатов работы на приисках Якутии составил за 1970—1990 гг. около 1,5 млн. руб.

Апробация работы. Материалы исследований докладывались на республиканском совещании "Совершенствование технологии разработки россыпных месторождений на горных предприятиях объединения "Якутзолото", VIII Всесоюзном семинаре по поддержанию и креплению горных выработок, XVII сессии Всесоюзного научного семинара по горной теплофизике "Научные основы подземной разработки месторождений в условиях низких температур", Всесоюзном семинаре "Проблемы разработки ресурсосберегающих технологий отработки месторождений полезных ископаемых Севера", школе-семинаре "Разработка многолетнемерзлых месторождений с применением комплексов самоходного оборудования" (г. Якутск, 1973 г., 1982 г., 1986 г., 1988 г., п. Северный, 1988 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка направлений развития золото- и алмазодобывающей промышленности на период до 2005 года" (г. Иркутск, ИРГИредмет, 1985 г.), Всесоюзной конференции по развитию производительных сил Сибири "Горнодобывающие комплексы Сибири и их минерально-сырьевая база" (г. Новосибирск, 1990 г.), а также на Международном симпозиуме "Золото в развивающихся странах" (Чехословакия, Прага, 1989 г.), 13-й Международной конференции по разработке россыпей (США, Аляска, Фербенкс, 1992 г.), 2-м и 3-м Международных симпозиумах "Горное дело в Арктике" (США, Аляска, Фербенкс, 1992 г.; Россия, Санкт-Петербург, 1994 г.), 16-м Всемирном горном конгрессе (Болгария, София, 1994 г.).

Публикации: Содержание диссертационной работы изложено в 100 печатных работах, в числе которых 7 монографий, 6 брошюр и препринтов, 5 изобретений.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность чл.-корр. РАН Яковлеву В.Л., д.т.н., проф. Батугину С.А., д.т.н., проф. Скубе В.Н., д.т.н. Цыганкову A.B., к.т.н. Галкину А.Ф., коллективу кафедры разработки россыпных месторождений Московской государственной геологоразведочной академии за ценные советы и консультации при подготовке диссертационной работы, а также работникам АК "Золото Якутии" за помощь и участие в реализации практических результатов исследований.

Краткий аналитический обзор состояния проблемы

Общие и специальные вопросы, связанные с повышением эффективности и безопасности подземной разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений, освещены в работах известных ученых в области разработки рос-

сыпных месторождений С.М. Шорохова, C.B. Потемкина, В.П. Бакакина, В.В. Потапенко, В.Г. .Пешкова, В.И. Емельянова, А.Е. Слепцова, К.И. Лубия, К.Н. Костромитинова, A.A. Егупова, Е.Д. Кудлая, Ю.А. Мамаева, В.В. Сборовского, П.Д. Чабана, В.П. Афанасьева и др., а также в работах Ю.Д. Дядькина, А.Г. Чеботарева, В.Н. Скубы, В.В. Кудряшова, Е.Т. Воронова, В.Г. Данзанова, Б.А. Каплуна, Б.А. Тимофеева, Н.К. Ступина и др.

Для оценки современного состояния исследований был выполнен анализ научных трудов и фондовых материалов научно-исследовательских институтов и вузов, литературных источников, а также диссертационных работ, которые достаточно полно приведены в работах [5, 9, 10].

В настоящее время ведущими институтами в Российской Федерации в этой области совершенствования подземной разработки россыпных месторжде-ний являются ВНИИ-1 (г. Магадан) и Институт горного дела Севера СО РАН (г. Якутск).

Анализ направлений исследований, публикаций и диссертационных работ по вопросам подземной разработки россыпей до 1970 г. показал, что в них недостаточно внимания было уделено вопросам совершенствования систем разработки, повышения устойчивости выработок в летний период эксплуатации шахт и улучшения гигиенических условий труда горнорабочих в зимнее время. Вовлечение в эксплуатацию в 1970—1980 гг. крупных глубокозалегающих и неглубоких россыпей Якутии потребовало решения этих вопросов, в связи с чем в этот период ИГДС СО РАН совместно с ИРГИредметом проводились исследования, направленные на совершенствование и повышение эффективности подземной разработки, россыпей Аллах-Юня и Индигирки.

Непосредственно вопросам применения самоходной техники прерывного и непрерывного действия при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей посвящены работы В.Г. Данзанова, Ю.А. Мамаева, в которых приведены первые результаты испытаний самоходной техники на проходческих и очистных работах.

Внедрение самоходного оборудования при разработке глубокозалегающих россыпей Заполярья в 1980—1990 гг. выявило необходимость решения новых задач: изучение эффективности и безопасности работы различных комплексов самоходного оборудования и сравнение их с переносным оборудованием с целью выбора более производительных и безопасных комплексов; совершенствование технологии проходческих и очистных работ с использованием самоходного оборудования; оптимизация параметров проветривания шахт, оснащенных погрузочно-доставочными машинами с дизельным приводом, и выбор рациональных способов регулирования теплового режима, эргономическая оценка применяемых комплексов самоходного оборудования и разработка рекомендаций по совершенствованию их конструкции для работы в условиях россыпных и рудных шахт Севера.

Институтом горного дела Севера СО РАН совместно с Якутской лабораторией охраны труда по этим направлениям были проведены совместные исследования, в которых автор участвовал как ответственный исполнитель и руководитель тем.

t

Глава 1

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ, ОЦЕНКА

УСЛОВИЙ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ РОССЫПЕЙ

1.1. Состояние минерально-сырьевой базы россыпной добычи

По состоянию на 01.01.1993 г. на территории Российской Федерации известно приблизительно 4500 месторождений золота, в том числе около 4400 собственно золотых месторождений, запасы которых оцениваются в 72% от всех запасов, в том числе в 170 коренных 46%, а в 4230 россыпных 26%. Основные запасы россыпного золота (около 65%) сосредоточены в Дальневосточном регионе, в том числе Республике Саха (Якутия) — 20%, Магаданской области — 15%, Чукотском автономном округе — 10%. Значительный удельный вес в разведанных запасах россыпей имеют запасы для подземного способа разработки более 420 месторождений (около 10% запасов всех россыпных месторождений Российской Федерации), при этом на Дальневосточный регион приходится 350 месторождений, Восточно-Сибирский — 70. Основным золотодобывающим регионом в России является Дальневосточный, который по количеству разведанных запасов занимает второе место, а по добыче золота первое (удельный вес его в добыче россыпного золота составляет около 75%). В целом по Российской Федерации около 70% золота добывается из россыпных месторождений, 17% — из рудных и 13% из комплексных руд (попутная добыча). Основные объемы подземной разработки россыпных месторождений в целом по золотодобывающей промышленности Российской Федерации сосредоточены на приисках Магаданской области, Чукотского автономного округа и Республики Саха (Якутия), при этом удельный вес подземного способа разработки в общей структуре добычи составляет -в среднем около 10%.

В последние годы существенно увеличилась доля вовлечения в повторную эксплуатацию ранее отработанных россыпей (выемка междукамерных целиков, доработка контуров отработанных шахтных полей), удельный вес подземной добычи из этих россыпей составляет 30—40% от всего объема подземных горных работ.

Анализ разведанных запасов золота россыпных месторождений Дальневосточного региона показал, что в числе 350 месторождений, предназначенных для подземного способа разработки, имеется около 20 крупных россыпей (более 25% всех разведанных запасов), а также ряд ранее отработанных россыпей, разработку которых целесообразно производить круглогодичными шахтами с применением высокопроизводительного самоходного оборудования.

. 1.2. Оценка горнотехнических условий эксплуатации россыпных месторождений

Подземным способом россыпные месторождения разрабатываются в Магаданской и Иркутской областях, в республиках Якутия и Бурятия, в Чукотском автономном округе. Основные объемы подземных горных работ

приходятся на районы Заполярья и Центральной Колымы. Практически все месторождения, за исключением глубокозалегающих талых россыпей Иркутской области и Южной Якутии, находятся в мерзлом состоянии, а районы разработки характеризуются суровыми климатическими условиями.

Существенное влияние на эффективность и безопасность ведения подземных горных работ оказывают горнотехнические условия.

По результатам анализа горнотехнических условий разработки россыпных месторождений основных горнодобывающих районов Якутии, Магаданской области, Чукотки и Восточной Сибири автором сделано их обобщение, которое представлено в табл. 1.1 [1, 3, 4, 5].

Таблица 1.1

Краткие обобщенные сведения о горнотехнических условиях эксплуатации россыпных месторождений, разрабатываемых подземным способом

Район разработки Строение покрывающих пород Устойчивость пород кровли (по классификации ВНИИ-1) Глубина разработки, м Температура пород на горизонте продуктивного пласта, "С

1 2 3 4 5

Центральная Склоновые аллювиальные отложения Колыма представлены в основном галечни-

ком, в ряде случаев со значительным количеством валунов, сцементированных песчано-глинистым заполнителем. В разрезе аллювия встречаются прослои и линзы льда В строении глубокозалегающих россыпей, наряду с аллювиальными отложениями, широко распространены илисто-глинистые прослои с примесью мелкого щебня, слои песков алев рол ито-кварцевого состава Заполярье В толще покрывающих пород имеют-Якутии ся литологи чески однородные пыле-

ватые суглинки мощностью до 25—40 м с включением повторно-жрльных льдов на глубину до 40—50 м В строении глубокозалегающих россыпей преобладают аллювиальные отложения, представленные галечно-щебнистым материалом, сцементированным песчано-глинистым заполнителем Чукотка Покрывающие породы представлены аллювиальными отложениями гра-вийно-галечного состава с песчаным и супесчаным заполнителем, дисперсными отложениями с иловатыми супесями, илом с прослоями щебня и галечников. Валунистость песков характерна для отдельных россыпей и не превышает 5—10%

Высокоустойчи вые и устойчивые

Тоже 60—120

Малоустойчивые 150—200 и неустойчивые

Устойчивые и 20—40 среднеустойчи-

Высокоустой- 60— 120 чивые, устойчивые

Высокоустой- 20—40 чивые, устойчи-

-6...-10 В таликовых зонах -3...-2

-6...-4 -3...-1.5

-6...-4,5

-3...-8

Окончание табл. 1.1

1 | 2 1 3 | 4 | 5

В строении глубокозалегаюших рос- Среднеустой- 60—120 -3...-2 сыпей распространены чистые глини- чивые и мало-стые пески, песчанистые и устойчивые заторфованные глины. В рыхлых отложениях встречаются водоносные горизонты, отмечается большое содержание в породах солей и пучение пород плотика

Восточная Си- В толще неглубоких мерзлых россы- Среднеустой- 20—40 -3,5...-2,5 бирь и Южная пей преобладают галечно-валунные чивые Якутия отложения с иловато-песчаным за-

полнителем, ила ми и крупно-зернистыми песками

В строении глубокозалегаюших та- Неустойчивые 50—100 -2,5...-0,5 лих россыпей распространены илисто-глинистые отложения с включением щебня и гальки. Месторождения характеризутся наличием водоносных горизонтов и относятся к интенсивно обводненным. Приток воды в горные выработки колеблется от 300 до 700 м3/ч

В старых горнопромышленных районах, расположенных на территории Центральной Колымы (Магаданская область и Якутия), горнотехнические условия эксплуатируемых и вновь открытых месторождений практически не изменились. Глубина залегания подавляющего числа месторождений в среднем 25—40 м, геологическая мощность продуктивного пласта песков 0,8—1,2 м, выемочная — 1,8—2 м. Основу покрывающей толщи составляют аллювиальные отложения, представленные гравийно-галечным материалом, нередко с включением значительного количества валунов. Породы кровли высокоустойчивые и устойчивые, температура пород продуктивного пласта минус 6—10°С. Ряд месторождений имеет сложные горно-геологические условия вследствие наличия в них таликовых зон. Эксплуатация таких месторождений с глубиной залегания 150—200 м временно прекращена, так как первый опыт их отработки показал, что существующая технология ведения горных работ, базирующаяся на применении камерно-лавной системы разработки, приводит к неоправданно большим потерям полезного ископаемого в недрах и обуславливает крайне низкие показатели производительности труда. Наличие в покрывающих породах россыпных месторождений Центральной Колымы большого количества гравийно-галечного материала, а в ряде случаев валунов, сдерживает широкое применение поточной технологии проходческих и очистных работ, базирующейся на использовании проходческих и очистных комбайнов режущего типа. Относительно благоприятны для широкого применения современных средств механизации (проходческих комбайнов) месторождения Заполярья и Чукотки. Вместе с тем наличие в толще рыхлых мерзлых отложений повторно-жильных льдов нарушает сплошность породы кровли и снижает ее устойчивость.

Сложными условиями эксплуатации характеризуются глубокозалегающие россыпи Чукотки, в которых встречаются водоносные горизонты, отмечается

повышенное содержание в породах солей и пучение плотика. Породы кровли средне- и малоустойчивые, температура пород продуктивного пласта минус 3—2°С.

Анализ горно-геологических условий эксплуатации талых россыпей показал, что они относятся к интенсивно обводненным месторождениям с весьма сложными условиями разработки.

В условиях глубокозалегающих россыпей Колымы, Южной Якутии, Чукотки и Бодайбо целесообразно применение бесцеликовой выемки песков, базирующейся на использовании механизированных крепей и очистных комбайнов.

Относительно высокая устойчивость пород кровли и ровное залегание плотика на большинстве разрабатываемых и вновь разведанных россыпей благоприятствуют применению самоходного оборудования на пневмоколесном ХОДУ-

Автором совместно с сотрудниками ИРГИредмета проведены шахтные исследования по изучению физико-механических свойств пород россыпных месторождений Якутии [1, 3, 8], результаты исследований приведены в табл. 1.2. Полученные данные необходимы для расчета предельных пролетов выработок, параметров целиков, теплового режима шахт, оценки разрушаемости мерзлых пород и т.д.

1.3. Анализ показателей работы шахт

При подземной разработке многолетнемерзлых россыпей наибольшее распространение получили камерно-лавные системы разработки с поддержанием кровли междукамерными целиками. При камерно-лавных системах удельный вес горно-подготовительных работ составляет 25%, потери в целиках — 13— 15% и больше. Среднегодовая производительность большинства шахт <£Р—50 тыс. м3/год, круглогодичных 60—100 тыс. м3/год.

Анализ производительности труда подземных горнорабочих с 1970 по 1990 г. на шахтах Якутии и Магаданской области показал, что она фактически осталась на одном уровне и составляет в среднем 8—10 м3/чел.-см. на очистных и 5—6 м3/чел.-см. на проходческих работах [5, 6, 12]. Относительная стабильность в производительности труда объясняется тем, что применяемое переносное оборудование фактически исчерпало свои технические возможности, на ряде шахт Заполярья и 'Чукотки, где в последние годы используются проходческие комбайны и самоходное оборудование, производительность труда увеличилась в 1,3—1,5 раза при снижении себестоимости на 5-10%.

Опыт применения самоходной техники на ряде шахт Якутии свидетельствует о том, что одним из основных путей повышения производительности и безопасности труда горнорабочих на проходческих и очистных работах является применение высокопроизводительного самоходного оборудования. Учитывая относительно большие потери полезного ископаемого в междукамерных цели» ках, необходимы изыскания более совершенных систем разработки и способов управления горным давлением, снижающих потери в недрах до минимума.

Фнзико-механическне свойства пород россыпных месторождений Якутии

Основные показатели свойств пород

Месторождения Прочностные Тсплофизические

(организация, провопившая Характеристика пород Темпера- Плат- Влаж- кратко- Длительная теплопро- темпера-

исследовании) тура, 'С та м3 ность, % времсн. на сжатие, МПа на сжатие, МПа на растяжение, МПа водн., ккал/ (ч м "С) туропроводность, м2/м

Аллах-Юнь (Институт мерзлотоведения СО РАН) Озерные отложения (суглинки) -5 1,9—2,0 21 — 1,1 0,6 2,2 0,0042

Аллювиальные отложения (щебень, дресва 60%, песча-но-глинистый заполнитель 40%) -6 -9 2,2 9-11 - 1,5 0,8 - -

Индигирка (ИРГИ-редмет, ИФТПС СО РАН) Аллювиальные отложения (гравийно-галечный материал 60%, песчаный заполнитель 40%) -1 -6 -9 -18 2,3* 7-9* 1,36* 2,81* 3,6* 4,2* 1,14* 1,48* - 2,38* 0,005*

Элювий (глинистые, песчано-глинистые сланцы) -10 2,5* 4,5*—6,0 - - - 2,6* 0,0046*

К улар (ИФТПС СО РАН) Аллювиальные отложения (гравийно-галечный материал 50%, песчано-глинистый заполнитель 50%) -5 -9 2,1 2,0 10 16 - 1,58 1,95 0,3 0,7 2,2 2,7

* Исследования проводились при участии автора.

1.4. Прогноз уровня научно-технического прогресса при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей

Прогнозные показатели развития технического уровня производства до 2000 г., полученные по результатам экспертных оценок специалистов, опубликованы в работах [9, 12, 47], основные направления которых приводятся ниже.

Тенденция дальнейшего снижения среднего содержания металла в песках в эксплуатируемых месторождениях сохранится и в будущем, хотя на разведанных новых россыпных месторождениях среднее содержание относительно стабильно.

Основу подземной разработки россыпных месторождений (65—70%) составят новые россыпи, менее распространена повторная разработка россыпей (отработка междукамерных целиков и доработка контуров ранее отработанных шахтных полей).

Касаясь режима работы шахт, ожидается некоторый рост сезонной отработки, хотя в целом в процентном соотношении удельный вес сезонной и круглогодичной отработки россыпных шахт находится примерно на одном уровне.

Крепление и поддержание горных выработок. Предполагается расширение области применения различных модификаций анкерных крепей для крепления околоствольных дворов, для разработки россыпей с неустойчивыми породами — способы упрочнения стенок выработок с использованием синтетических смол и других материалов.

Способы управления горным давлением. Предполагается расширение области применения ледяных целиков, а также использование способа управления горным давлением поддержанием кровли сыпучей и смерзающейся закладкой, в качестве закладочного материала предпочтение отдается породам от вскрышных и проходческих работ и галечно-эфельным породам от промывки песков. Для россыпей с высоким содержанием металла и со сложными горно-геологическими условиями рекомендуется применение механизированных крепей.

Механизация проходческих работ. Ожидается расширение области применения способа проходки вертикальных выработок путем бурения скважин с набором расширяющихся шарошек. Предполагается снижение проходки выработок буровзрывным способом до 60%, при этом удельный вес проходки с использованием самоходного оборудования, вероятно, увеличится до 30—40%.

Наиболее предпочтительна комбайновая проходка выработок, удельный вес ее предположительно увеличится до 50% в случае организации производства комбайнов с комбинированным (ударным) исполнительным органом.

Средства механизации очистных работ. Анализ фактического состояния ведения подземных горных работ на приисках Якутии и Магаданской области, а также результаты проведенной экспертной оценки специалистов свидетельствуют о том, что в настоящее время технология очистных работ добычи песков базируется на буровзрывной отбойке. Предполагается до 40% увеличить буровзрывную отбойку с применением комплексов самоходного оборудования (буровых кареток и погрузочно-доставочных машин).

Предполагается расширение области применения погрузочно-доставочных

(

машин, удельный вес которых с учетом создания и внедрения ПДМ с электрическим приводом и электробульдозеров может достигнуть 60—70%, а также конвейерного транспорта. Отмечается важность и необходимость использования в перспективе механизированных комплексов, в первую очередь при отработке глубокозалегающих россыпей со сложными горно-геологическими условиями и повышенным содержанием металла в песках.

Все специалисты отмечают необходимость применения актировочных машин.

Выводы

1. Анализ минерально-сырьевой базы россыпной золотодобычи свидетельствует о том, что в Дальневосточном регионе имеется достаточное количество разведанных месторождений и ранее отработанных россыпей, пригодных для подземного способа разработки, при этом освоение ряда месторождений целесообразно производить шахтами с круглогодичным режимом работы и с использованием высокопроизводительного оборудования.

2. Анализ и оценка условий подземной разработки россыпных месторождений Сибири и Северо-Востока России позволили установить область применения различных средств механизации основных производственных процессов с учетом горнотехнических условий месторождений и физико-механических свойств слагающих пород.

3. Анализ показателей работы шахт, разрабатывающих многолетнемерзлые россыпи, показал, что существующая технология подземных горных работ, базирующаяся на применении переносного оборудования и камерно-лавной разработки, характеризуется относительно низкой производительностью труда горнорабочих и большими потерями металла в недрах.

4. Одним из основных путей повышения эффективности и безопасности подземной разработки многолетнемерзлых россыпей является применение высокопроизводительного самоходного оборудования и совершенствование технологии проходческих очистных работ.

5. Дан прогноз научно-технического прогресса при подземной разработке россыпных месторождений на перспективу, который свидетельствует о расширении области применения самоходного оборудования на проходческих и очистных работах; способов управления горным давлением, основанных на поддержании кровли ледяными целиками, сыпучей и смерзающейся закладкой, а также с использованием механизированных комплексов на очистной добыче при разработке россыпей со сложными горно-геологическими условиями.

Раздел 1

Повышение эффективности и безопасности горных работ на основе применения высокопроизводительного самоходного оборудования

Глава 2

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ САМОХОДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Отсутствие целенаправленных, комплексных исследований по оценке эффективности и безопасности применения самоходного оборудования в сравнении с переносным применительно к условиям многолетнемерзлых россыпей не позволяет достаточно полно и объективно выявить его преимущества и более аргументировано показать целесообразность внедрения при освоении крупных россыпных месторождений.

С этой целью на шахтах ГОКа "Куларзолото" ПО "Якутзолото", где впервые в практике подземной разработки многолетнемерзлых россыпей были применены различные комплексы самоходного оборудования, проведены натурные исследования за работой самоходного и переносного оборудования, результаты которых изложены в работах [4, 5, 6, 7, 12, 26, 32, 35, 36, 40, 43], а основные положения их приведены в настоящей главе.

2.1. Оценка эффективности работы переносного и самоходного оборудования

Анализ проведенных хронометражных наблюдений показал, что продолжительность периода работ по выполнению производственного задания при бурении шпуров с применением буровой каретки в 1,4—1,6 раза выше, чем при использовании ручного перфоратора, при этом время выполнения основных операций значительно увеличилось, существенно сократилось время на нерег-ламентированные перерывы. Использование погрузочно-доставочных машин на доставке горной массы из лав позволяет увеличить продолжительность оперативного времени в 1,5—3 раза по сравнению со скреперной доставкой, при этом время, затраченное на выполнение основных операций, увеличилось в 2—4,5 раза, также резко снизились затраты на нерегламентированные перерывы (табл. 2.1).

Результаты исследований также показали, что у рабочих, обслуживающих переносное оборудование (бурильщики), низкий процент загруженности по основной работе вследствие большого объема трудоемких вспомогательных и подготовительно-заключительных операций. Применение самоходного оборудования позволяет полностью механизировать выполнение основных производственных операций и резко увеличить продолжительность выполнения

основных операций, связанных непосредственно с бурением шпуров и доставкой горной массы, что в конечном итоге обуславливает рост производительности труда.

Таблица 2. 1

Время выполнения трудовых операций в течение семичасовой рабочей смены при бурении шпуров и доставке горной массы переносным и самоходным оборудованием на очистной добыче, %

Бурение шпуров Погрузка и доставка горной массы

Операции Перфоратор ПР-ЗОВРШ Буровая каретка Скреперная ле- Погрузочно-доста-вочная машина

"Айр-Ми-ни-Бур" "Тамрок" бедка 55ЛС-2С "ГСТ-2Б" "Торо-200Д"

Основные Вспомогательные Итого оперативного времени Подготовительно-заключительные

Итого времени работы по выполнению производственного задания

Непроизводительная работа Случайные работы Итого времени работы Перерывы регламентированные Перерывы нерегламентирован-ные

Итого нерабочего времени Всего рабочего времени

36,7 21,0 55,1 16,0 35,7 75

11,6 26,3 12,3 10,6 2,8 3,6

48,3 47,3 67,4 26,6 38,5 78,6

11,0 27,2 15,1 ' 12,4 18,4 14,3

59,3 74,5 81,5 39,0 56,9 92,0

10.5 3,1 4,2 21,6 26,3 1,2

4,3 - — 15,3 — —

74,1 77,6 85,7 75,9 83,2 94,1

0,5 1,5 1,3 3,8 1,8 -

25,4 20,9 13 20,3 15,0 5,9

25,9 22,4 14,3 24,1 16,8 -

100 100 100 100 100 100

Так, по результатам проведенных исследований применение буровых кареток на бурении шпуров в сравнении с ручными перфораторами позволяет увеличить скорость чистого бурения шпуров с 0,8—0,9 м/мин до 1,7—1,8 м/мин, т.е. практически более чем в 2 раза, общая производительность труда также в среднем в 2—2,5 раза выше, чем при бурении шпуров перфораторами. Использование погрузочно-доставочных машин на доставке песков позволяет увеличить производительность труда в среднем в 1,5—2 раза, в отдельных случаях в 3—5 раза (рис. 2.1, 2.2).

Результаты исследований показывают явное преимущество использования самоходного оборудования по показателю "производительность труда".

С учетом полученных данных хронометражных наблюдений по известным формулам была определена расчетная производительность отдельных комплексов самоходных машин. Результаты показывают, что буровая каретка"Тамрок" за смену может обурить около восьми забоев или в четырех забоях произвести по 2 цикла, УБШ-221П — шесть забоев или произвести 2 цикла в трех забоях. Выработка на буровые каретки при среднем сечении выработок 8,0 м2 составит для "Тамрока" — 101, для УБШ-221П — 75,8 м3/смену. На подготовительно-нарезных работах буровые каретки могут заменить: "Тамрок" — 4 перфоратора, УБШ-221П — 3 перфоратора ПР-ЗОВРШ. При длине доставки

2

II

и

«I 0,2\

>ч/

2 4 6 ¡/асы смены

ЮО-

•0

II

|Г

I

40

10-

/V

2 4$ Часы смены

Рис. 2.1. Производительность труда при бурении шпуров в камере-лаве при семичасовой рабочей смене перфоратором (пунктирная линия) и буровой кареткой (сплошная):

1 — оперативная скорость бурения; 2 — общая производительность труда

Рис. 2.2. П роизводитсльность труда при скреперовании (пунктирная линия) и вывозке отбитой горной массы ПДМ (сплошная) при семичасовой рабочей смене:

1 — скорость скрсперования (вывозка); 2 — общая производительность труда

500 \

1 200

'Предельные значения 'производительности

4 б 8 10 Количество обуриВаемых в смену забоев, шт.

„Торо-200Л,ЛК-! ПА-З.ПА-25

100 200 Алина доставки, м

Рис. 2.3. Зависимость производительности буровой каретки на подготовительно-нарезных работах от количества обслуживаемых забоев при среднем расстоянии между забоями 100 м

Рис. 2.4. Зависимость производительности погрузочно-доставочного оборудования от длины доставки горной массы на подготовительно-нарезных работах

620-

' Тамрок"

§ 380

Колшшство шпуробМт. 33 чо 35 ео~ Алина ла8ы,м

Рис. 2.5. Зависимость производительности буровых кареток на очистных работах от длины лавы

~50 (до

Алина лабы.м

Рис. 2.6. Зависимость производительности погрузочно-доставочного оборудования от длины доставки на очистных работах

О

100 м производительность погрузочно-доставочных машин существенно меняется: ПД-2Б, ПД-3 — 67м3/смену; "Торо-200Д\ "ЛК-1" — 85 м3/смену (рис. 2.3, 2.4).

За цикл в проходческом забое отбивается в среднем около 11,0 м3 горной массы, погрузочно-доставочные машины могут очистить за смену: ПД-2Б, ПД-3 — 6—9 забоев; "Торо-200Д", "ЛК-1" — 8—10 забоев. Поэтому для эффективной эксплуатации комплекса самоходных машин при проведении выработок необходимо организовать многоцикличную работу. На очистных работах буровая каретка УБШ-221П в течение смены может обурить лаву длиной до 50 м, при этом производительность ее составит 490 м/смену; "Тамрок" обуривает лаву в 60 м при производительности 604 м/смену (рис. 2.5).

В отличие от скреперной установки, обслуживающей стационарно одну лаву, погрузочно-доставочная машина за счет своей мобильности может вывозить пески поочередно из двух смежных лав и заменить на очистных работах 3 скреперные лебедки. Суточная производительность машин ПД-2Б, ПД-3 при доставке песков на 100 м из лавы длиной 50 м составит 240 м3, машин "То-ро-200Д" и "ЛК-1" — 315 м3 (рис. 2.6).

Анализ фактических отчетных данных, характеризующих работу самоходной техники на шахтах Кулара, показал, что комплекс БК "Тамрок" и ПДМ "Торо-200Д", который в основном используется на проходческих работах, имеет годовую производительность 55—65 тыс.м3, общая длина проходимых выработок достигает 5 км.

2.2. Оценка безопасности эксплуатации самоходного оборудования

С целью объективной оценки безопасности ведения горных работ при подземной разработке россыпей Якутии был выполнен углубленный анализ производственного травматизма на примере шахт Кулара с использованием перфорированных карт, результаты которого приведены ниже [5, 32].

Производственный травматизм при скреперировании горной массы составляет наибольшую долю — более 30% от общего числа несчастных случаев, происшедших на подземных работах.

Наиболее характерные причины производственного травматизма при скреперной доставке и транспортировке песков приведены в табл. 2.2.

Таблица 2. 2

Анализ травматизма при скреперной доставке

Причины

Удельный вес травмированных, %

Неисправность лебедок (запутывание и заклинивание троса) Недостаточная прочность тросов и крепежных устройств при работе и передвижке лебедок:

разрывы троса

срыв направляющих и хвостовых блочков и стоек срыв скреперной лебедки Несовершенство применяемых схем и способов скреперования горной массы: зацепление лавного троса со скрепером штрековой лебедки, перехлестывание тросов

захват и отброс тросом (узлами троса) кусков породы замена и доставка скреперного ковша, подвеска блочков Передвижение по выработкам Обрушение пород кровли

Неправильные приемы в работе и нарушение правил техники безопасности: работа в опасной зоне

неправильные приемы из-за неисправности сигнализации

4,2

12,6 8,3 8,3

8,3

16,8 8,3 8,3 8,3

8,3 8,3

Производственный травматизм на буровых работах составляет в среднем

около 20% от общего числа несчастных случаев, происшедших на подземных

горных работах. Наиболее характерные причины производственного травматизма приведены в табл. 2.3.

Таблиц:

Анализ травматизма при перфораторном бурении шпуров

2. 3

Причины

Удельный вес травмированных, %

1

Несовершенство технологии буровых работ:

ручная доставка перфоратора на рабочее место (падение пострадавшего с

перфоратором) 24,4

забуривание шпура без забурника 6,3

стесненность рабочего места и неудобная поза работы с перфоратором 12,6

отскок кусочка породы во время бурения 6,3 Неправильные приемы работы и нарушение правил техники безопасности:

Окончание табл. 2.3

_1_|_2_

перепое шланга под давлением и срыв соединительной муфты 18,9

наращивание воздуховода без проверки надежности его крепления 6,3

вытаскивание буровой штанги из шпура при работающем перфораторе 6,3

Обрушение пород кровли 18,9

При использовании самоходного оборудования (погрузочно-доставочные машины и буровые каретки) отпадает необходимость в прокладке электрокабеля и обслуживании силового оборудования, доставке стального каната, транспортировке и монтаже громоздкого оборудования, навеске и переноске блочков; отпадает операция ручной переноски перфораторов и пневмоподдер-жки.

При эксплуатации самоходного оборудования производственный травматизм допущен при работе погрузочно-доставочных машин, при этом удельный вес травм составил около 5% от всех несчастных случаев, стаж работы пострадавших по основной профессии не превышал 1,5—2 лет.

Использование самоходного оборудования позволяет механизировать основные производственные процессы (бурение шпуров и доставка горной массы) и ликвидирует опасные операции, характерные для переносного оборудования.

Была также проведена субъективная оценка безопасности эксплуатации переносного и самоходного оборудования при подземной разработке многолетне-мерзлых россыпей с использованием анкетирования рабочих и инженерно-технических работников, непосредственно связанных с работой данного оборудования, степень опасностей оценивалась по шестибальной системе (1—6).

Результаты субъективной оценки безопасности эксплуатации переносного и самоходного оборудования показали (табл. 2.4 и 2.5), что общая сумма баллов при эксплуатации самоходного оборудования (погрузочно-доставочные машины и буровые каретки) на 17—30% ниже суммы баллов, характеризующих степень безопасности при работе переносного оборудования. При этом работа машинистов самоходного оборудования оценивается как мало- и среднеопас-ная, в то время как работа рабочих, эксплуатирующих переносное оборудование, оценивается как опасная (бурение ручными перфораторами) и среднеопасная (скреперная доставка).

Таблица 2. 4

Результаты субъективной оценки опасности работы при эксплуатации перфораторов и буровых кареток, сумма баллов

Операции, отказы Перфоратор ПР-ЗОВРШ Буровые каретки "Айр-Мини-Бур" и "Тамрок"

1 2 3

Передвижение рабочих и каретки по выработкам Осмотр забоя; оборка заколов Подготовка перфоратора, пневмоподдержки и каретки к работе Бурение шпуров 16,8 3,6; 3,5 12,5 29,5 13,0 3,0; 3,0 8,0 16,8

Окончание табл. 2.4

1

Внезапный выход из строя перфоратора, пневмопод- 25 2

держки, ресивера, шлангов, буровых штанг

Выход из' строя автоподатчиков, манипуляторов, хо- _

довой части, рулевого управления

Всего баллов 91,1

16,0

7,0 66,8 Таблица

2. 5

Результаты субъективной оценки опасности работы при эхеплуатацции скреперных лебедок и погрузочно-доставочных мащин, сумма баллов

Операции, отказы

Скреперная лебедка 55ЛС-2С

ПДМ ТСТ-2Б" и "Торо-200Д"

Передвижение рабочего по выработкам Спуск и подъем ПДМ по стволу; движение порожняком по выработкам; вывозка песков Подготовка к скреперованию и скреперование Обрыв каната, крепления блочка, тормозной ленты, отказ редуктора, срыв лебедки Загрузка и разгрузка ковша Ремонт машины

Внезапный выход из строя ходовой части двигателя, тормозной системы, системы управления Всего баллов

7,3

31,6 22,3

61,2

9,6; 6,6; 5,5

2,6 10,0

11,1 45,4

Таким образом, результаты анализа производственного травматизма и анкетного опроса по оценке безопасности работы переносного и самоходного оборудования свидетельствуют о целесообразности применения последнего, так как работа машинистов ПДМ и БК более безопасна в сравнении с работой горнорабочих, обслуживающих переносное оборудование, о чем свидетельствует низкий уровень производственного травматизма и субъективная оценка безопасности работ.

2.3. Оценка влияния горно-геологических и горнотехнических условий на безопасность работ при использовании самоходного и переносного оборудования

Для оценки влияния горно-геологических (ГГ) и горнотехнических (ГТ) условий (факторов) подземной разработки многолетнемерзлых россыпей на уровень безопасности работ были использованы статистические данные о производственном травматизме в увязке с ГГ и ГТ факторами на примере шахт Кулара. Анализ существующих методов математического моделирования производственного травматизма позволил определить в качестве основного рабочего метода распознавание образов, позволяющего объединить закономерности по любому числу прямых и косвенных, количественных и качественных факторов в едином показателе — вероятность возникновения несчастного случая на шахте {4, 7].

Изучалось влияние 30 факторов, часть из которых известна в предпроект-ный период — это природные условия (горно-геологические факторы — глу-

бина залегания, устойчивость пород кровли, мощность продуктивного пласта, ширина россыпи и т.д.), а также показатели, составляющие предмет проектирования (горнотехнические факторы — длина и площадь шахтного поля; длина, ширина, площадь обнажения камеры-лавы, схема заложения стволов и т.д.) [4, 7].

Для исследования степени и характера влияния ГГ и ГТ условий на уровень производственного травматизма проанализированы условия эксплуатации более 100 шахт комбината и сопоставлены со случаями производственного травматизма, где травмирующими факторами явились обрушения, падения предметов и человека, машины, механизмы. Анализ материалов показал, что ряд шахт отработан без случаев травматизма, на других же они имели место. Имея статистику несчастных случаев, причин их возникновения и значения соответствующих факторов, определяющих условия производства работ, можно установить степень и характер влияния факторов на уровень производственного травматизма. Таким образом можно поставить и решить задачу прогноза (распознавания) вероятности несчастного случая в зависимости от ГГ и ГТ факторов (условий) методами распознавания образов. В соответствии с использованным методом процедуру анализа можно представить следующими этапами: выделение противоположных групп — классов (образов) изучаемых объектов; построение обучающей выборки; исследование влияния факторов на травматизм; минимизация пространства факторов; формирование окончательной обучающей выборки; построение решающего правила. Выделение противоположных классов осуществлялось на основе сравнения изучаемых объектов (шахт) по показателям травматизма. В класс А выделялись шахты, на которых не было случаев производственного травматизма, в класс В — шахты, на которых они имели место. Задача исследований состоит в том, чтобы путем сравнения классов А и В найти, какими признаками отличаются шахты одного класса от шахт другого класса. Для определения информативности (степени и характера влияния) каждого из выбранной совокупности факторов осуществляется преобразование размерностей признаков к одной шкале — вероятности несчастного случая на шахте. Для этого область изменения признака разбивается на интервалы, в каждом из которых определяется вероятность несчастного случая как отношение числа шахт с травматизмом (класса В) к общему числу шахт.

В соответствии с принятой методикой определены зависимости вероятности несчастного случая от выбранных факторов. Примеры ряда таких зависимостей представлены на рис.2.7. Зависимости имеют разный характер, что свидетельствует о различном влиянии факторов на вероятность несчастного случая в шахте. Критерием информативности служит диапазон изменения вероятности несчастного случая в шахте в области изменения соответствующего фактора (Др).

Минимизация совокупности факторов позволила выявить 11 информативных, взаимонезависимых, факторов, несущих информацию о всей исходной системе (при применении переносного оборудования): глубина разработки (Др = I), мощность продуктивного пласта (А р = 0,48), ширина шахтного поля (Др = 0,36), устойчивость пород кровли, (Др = 0,5), длина шахтного поля (Др = 0,81), срок отработки шахты (Л р = 0,57), площадь лавы (Л р = 0,6),

р

1,0

0,8 0,6

0,4

О,г

а

1,о

о,зц

ол

0,13

0,2

Р ¥

ОХ

10 18

го

50 125х,,м

0,73

. 0,35 0,25 0,285

— — —

0,0 В

/,3 2,5

Х.,м

Г

1,0 0,3 0,6 ОА 0,2

0,51

0,2

0,0

0,25

Р

г,о-0,8. 0,6. о,и О,г

120 200 500

Высоко - ¿/стой- Средне у отойди- чавые. устои

Р 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

д

вые

иивые

С,57

0,33

0,0

0,45

0,3

р

1,0

0,8 О,Б

ОА о,г

1,0

0,3 о,4 ,1

о,о —

15

30

1,1 1,8 1,5

с/>

^22* мое.

Рис. 2.7. Зависимости вероятности несчастного случая (Р) в шахте при применении самоходного оборудования (пунктирная линия) и переносного оборудования (сплошная) от: а — глубины залегания песков (х^; б — мощности продуктивного пласта (х3); в — длины шахтного поля (Х24); г — устойчивости пород кровли (Х2>; д — срока отработки шахты (Х22); с — комплексного показателя (р)

схема заложения стволов (Д р = 0,47), способ проходки стволов (Д р = 0,4), расстояние от базового поселка (Д р = 0,62).

Полученные зависимости достаточно полно согласуются с представлением о несчастном случае, как о вероятностном явлении, и характеризуют величину риска травматизма на шахте при определенном сочетании ГТ и ГТ факторов. Проведенная оценка алгоритма распознавания по специально сформированной (экзаменационной) выборке шахт дала ошибку распознавания 13%, что лежит в пределах приемлемости статистических моделей. Модели, построенные на исходном материале, характеризующем СГО, показали, что влияние его в рассмотренном диапазоне ГГ и ГТ условий позволяет устранить опасные факторы, возникающие при росте глубины разработки (Лр = 0,07), снижает влияние длины (Др = 0,25), ширины россыпи (Др = 0,25), мощности продуктивного пласта (Др = 0,28), длины панели (Ар = 0,23), устойчивости пород кровли (Д р = 0,3). Показано, что при использовании СГО меняется структура травмирующих факторов, обусловленных конструктивными особенностями СГО

[7].

2.4. Гигиеническая оценка условий труда

Исследования заключались в изучении пылевого и газового режима, шума, вибрации и освещенности рабочих мест горнорабочих, а также тяжести и напряженности труда при применении переносного и самоходного оборудования И, 5, 7].

Анализ результатов исследований пылевого режима на проходческих работах показал, что среднее содержание пыли в шахтной атмосфере при бурении шпуров перфораторами составляет 340—475 мг/м3, буровой кареткой — 325—350 мг/м3, при скреперовании песков — 10—25 мг/м3, при доставке песков ПДМ — 5—8 мг/м3. Использование самоходного оборудования позволяет значительно снизить запыленность воздуха. Сравнивая концентрации пыли на рабочем месте бурильщика при бурении шпуров перфораторами и буровыми каретками, следует отметить, что при относительно высоких уровнях запыленности на рабочем месте при бурении перфоратором бурильщик находится в проходческом забое 40—50 мин, при бурении кареткой — всего 20—25 мин. Поэтому использование буровых кареток приводит не только к уменьшению времени пребывания рабочих в запыленной атмосфере, но также и к снижению общего числа бурильщиков, занятых на наиболее неблагоприятной технологической операции по пылевому фактору. Анализ данных ВГСЧ по загазованности рабочих мест показал, что при работе самоходных погрузочно-доставочных машин содержание выхлопных газов практически на всех операциях превышает установленные нормы, однако при работе катализаторов и хорошей вентиляции содержание их приближается к санитарным нормам.

На основании проведенных комплексных исследований установлено, что внедрение самоходного оборудования является значительным резервом повышения безопасных и гигиенических условий труда на шахтах зоны многолетней мерзлоты, что выражается: в сокращении численности работающих в 2 раза; в повышении уровня освещенности при бурении в 8—10 раз, при по-грузочно-транспортных работах на 125—175%; в ликвидации локальной виб-

рации; в снижении уровня запыленности при бурении на 5—35%» при погрузочно-транспортных работах в 3—5 раз; в снижении тяжести труда при бурении на 36—38%, при погрузочно-транспортных работах на 3—16%; в снижении напряженности труда при бурении на 23—26 %, при погрузочно-транспортных работах на 3—6% (табл. 2.6).

Таблица 2. 6

Оценка тяжести и напряженности труда при работе переносного и самоходного оборудования

Тип оборудования

Параметры тяжести и напряженности труда Перфоратор Скреперная лебедка ПДМ "ГСТ-2Б" ПДМ "Торо-200Д" ПДМ "ЛК-Г БК "Айр-Мини-Бур" БК "Там-рок"

Мощность внешней механической работы, Вт

Максимальная величина поднимаемых вручную грузов или прилагаемых усилий, кг Средняя величина усилий при частом их применении, кг Наклоны туловища свыше 30° в I мин при работе стоя, в среднем за смену

Время нахождения в вынужденной рабочей позе (% времени смены)

Длительность сосредоточенного наблюдения, %

Эмоциональное напряжение, категория

Плотность сигналов (сообщения)

Тяжесть труда, балл Напряженность труда, балл

100 60 45 40 50 40 45

60 60 15 9,8 12 9.8 8

40 35 17,7 5,8 15 9,0 9,5

0,8 0,6 . 0,8 0,4 0,5 0,5 0,4

32 21 15 15 20 10 12

43 28 60 56 60 40 35

4 3 3 3 3 3 3

15 30 45 60 50 30 40

3,9 3,45 3,4 2,9 3,2 2,4 2,5

3,9 3,4 3,2 3,2 3,3 2,9 3,0

2.5. Рациональная область применения самоходного оборудования

Основное условие целесообразности применения самоходной техники С2^С], где С| и С2 — себестоимость отбойки и доставки 1 м3 горной массы при использовании переносного и самоходного оборудования.

Для определения рациональной области применения различных комплексов самоходного оборудования разработана укрупненная экономико-математическая модель, в которой учтены основные статьи эксплуатационных затрат, влияющих на себестоимость отбойки, доставки и транспортировки I м3 при переносном и самоходном оборудовании [4, 6].

-^(а0Ы0 + а,Ы,) + ^(Т0 к п0 + Т, к п.) >

15 ' 1 <2Л)

> 07(а2'+ аз'+ к п2 + тз к а3),

где а0, aj, а2, а3 — сменная норма амортизации на скреперную лебедку, ручные перфораторы, буровую каретку, ногрузочно-доставочную машину, %; Nq, Nj, N2, N3 — балансовая стоимость применяемого оборудования, руб.; Т0, Т„ Т2, т3 — сменная тарифная ставка рабочих; к. — коэффициент доплат в условиях Севера; n0, nj, п2, п3 — количество рабочих в смену; Qj и Q2 — сменная производительность при базовой и новой технике, м3.

По результатам расчетов получены зависимости эксплуатационных затрат на горнопроходческие и очистные работы от применяемого типа комплекса оборудования (отечественного или импортного) (рис. 2.8 и 2.9). При проходке выработок при одних и тех же затратах производительность комплекса отечественного оборудования должна быть не менее 25—35 м3/смену, зарубежного — 40—60 м3/смену по сравнению с 20—30 м3/смеиу при существующем переносном оборудовании.

На очистных работах при условии эквивалентности затрат на отбойку и доставку минимальная производительность отечественного оборудования должна быть не менее 135—165 м3/сут. и для зарубежного не менее 180— 210 м3/сут. при длине доставки 100—120 м. Расчет экономической эффективности применения отечественного (буровая каретка УБШ-221П и по-грузочно-доставочная машина ПД-2Б, ПД-3) и зарубежного (БК "Тамрох", ПДМ "Торо-200Д") комплексов самоходного оборудования показывает, что

Производительность комплексов машин, мз/смену

Рис. 2.8. Зависимость эксплуатационных затрат на проходку выработки от сменной производительности:

1 — комплекс переносного оборудования; 2 — комплекс отечественного самоходного оборудования (БК УБШ-221П, ПДМ ПД-2Б, ПД-З); 3 — комплекс зарубежного самоходного оборудования (БК "Тэмрок", ПДМ "Торо-200Д", "ЛК-1"); 4 — возможная производительность комплексов самоходных машин.

0—О1, 1—1 , 2—21 — области использования соответственно переносного и самоходного оборудования

Рис. 2.9. Зависимость эксплуатационных затрат на очистную добычу от сменной производительности:

1, 2, 3 — то же, что и на рис. 2.7

Производительность комплексов машин, м^/смеми

применять рекомендуемый комплекс отечественного самоходного оборудования целесообразно при запасах шахтного поля более 50 тыс. м3, а комплекс зарубежной техники — более 80 тыс. м3.

Касаясь фактической экономической оценки применения самоходного оборудования, отметим следующее. Анализ показателей работы импортной самоходной техники на шахтах Кулара установил, что высокие темпы роста производительности труда в сравнении с переносным оборудованием позволили сократить численность рабочих на проходческих работах по 5 человек на каждые 100 тыс. м3 добычи подземных песков. Значительный эффект достигается также от механизированной доставки грузов, оборудования, ликвидации затрат на доставку скреперных лебедок, пускателей и т.д., что позволило снизить численность работников, занятых на вспомогательных процессах на 10 человек. Общее сокращение численности составило около 40 человек. Фактический экономический эффект от внедрения самоходной техники на шахтах Кулара составил в 1978—1980 гг. 427 тыс. руб., в 1983—1985 гг. от внедрения ПДМ "Торо-200Д" — 650 тыс. руб., в последующие годы эффекта не было ввиду неэффективного использования дорогостоящих буровых кареток.

Анализ фактического материала по разубоживанию песков при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей Якутии показал, что при применении переносного оборудования средняя величина разубоживания песков составляет 35—40%, при использовании самоходного оборудования — 25—30%. Расчет нормативной величины первичного разубоживания песков свидетельствует о том, что применение комплексов самоходного оборудования отечественного и зарубежного производства целесообразно прежде всего на проходческих работах, где высота подготовительных выработок независимо от геологической мощности пласта песков находится в пределах 2 м. На очистных работах использование комплексов самоходного оборудования целесообразно при мощности пласта песков более 1 м, при использовании защитных козырьков на погрузочно-доставочных машинах зарубежный комплекс рекомендуется применять при геологической мощности пласта выше 1,2 м.

Выводы

1. Результатами впервые проведенных комплексных исследований установлено, что внедрение самоходного оборудования является значительным резервом повышения производительности и уровня безопасности труда на россыпных шахтах области многолетней мерзлоты и выражается следующими количественными показателями: в повышении производительности труда в 1,5—2 раза; сокращении численности работающих в 2 раза; снижении уровня травмоопасности при бурении на 30%, при доставке песков, на 17%; повышении уровня освещенности при бурении в 8—10 раз, при доставке песков на 125—175%; ликвидации локальной вибрации и снижении уровня запыленности при бурении на 5—35%, доставке и транспортировке песков в 3—5 раз; снижении тяжести и напряженности труда при бурении на 36—38% и 23—26%, при доставке и транспортировке песков соответственно на 3—16% и 3—6%.

2. Разработан метод оценки влияния природных и горнотехнических факторов на уровень производственного травматизма, основанный на теории рас-

познавания образов и позволивший выявить зависимости влияния отдельных факторов на вероятность несчастного случая.

3. Установлено, что применение самоходного оборудования позволяет устранить ряд опасных факторов, возникающих при применении переносного оборудования, а также в среднем снизить на 30% влияние отдельных управляемых горнотехнических факторов — длины и ширины шахтного поля, срока отработки шахты, схемы заложения стволов, длины панели и т.д.

4. Разработана укрупненная экономико-математическая модель для определения рациональной области применения различных комплексов самоходного оборудования, результаты расчетов по которой показали, что отечественный комплекс самоходного оборудования (БК УБШ-221П и ПД-2Б, ПД-3) целесообразно применять на шахтах с годовой производительностью более 50 тыс. м3, комплекс зарубежной техники (БК "Тамрок", ПДМ "Торо-200Д") — на шахтах с годовой производительностью 80 тыс. м3 при геологической мощности пласта песков выше 1 м.

Глава 3

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГОРНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ САМОХОДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Внедрение самоходного оборудования требует совершенствования технологии горных работ, результаты исследований в этом направлении приведены в работах [4, 5, б, 13, 17, 31, 39, 40, 42, 46, 48, 50], обобщение которых изложено в настоящей главе.

3.1. Обоснование применения длинношпуровой отбойки

Выполненный анализ работы самоходного оборудования на шахтах Заполярья показал, что, несмотря на относительно высокие показатели работы отдельных погрузочно-доставочных машин, в целом парк ПДМ используется еще недостаточно эффективно, а использование буровых кареток следует считать неудовлетворительным [5, 42].

Одним из основных путей повышения показателей работы погрузочно-доставочных машин и буровых кареток является увеличение нагрузки на забой в 1,5—1,6 раза за счет применения длинношпуровой отбойки, позволяющей резко снизить неплановые простои, сократить время переездов и увеличить коэффициент внутрисменного использования ПДМ и БК до 0,5—0,55.

Анализ паспортов буровзрывных работ при проходке горно-подготовительных выработок с помощью переносного и самоходного бурового оборудования свидетельствует о том, что длина шпуров в обоих случаях одинакова и составляет 1,8—2 м; в то время как по паспортным характеристикам буровых кареток для "УБШ-221П" глубина бурения составляет 2,5 м, а для БК "Тамрок" достигает 3—3,5 м. Увеличение глубины шпуров до 2,5—3,5 м позволит повысить выход горной массы за 1 цикл в 1,3—2 раза.

С этой целью были проведены аналитические и шахтные исследования по выбору рациональной конструкции вруба, которые позволили установить целе-

сообразность применения парносближенных зарядов, предложить расчетные формулы для определения количества шпуров вруба для средне- и трудно-взрываемых вязких пород, характерных для россыпных месторождений [5, 42].

По полученным аналитическим зависимостям построены кривые (рис. 3.1), определяющие необходимое количество шпуров вруба в зависимости от ширины выработки и глубины уходки. Задаваясь шириною выработки В и глубиною заходки Н, по данной зависимости можно определить количество шпуров вруба. Так, например, для выработки шириной 5,0 м был предложен паспорт БВР, схема которого представлена на рис. 3.2," где использовался клиновой вруб из восьми парносближенных зарядов на глубину 2,8 м. Из двух серий взрывов врубовую область отбивало на 2,5 м, т.е. отклонение от расчетных параметров составило 0,3 м.

Предлагаемые методика определения количества шпуров вруба и апробированные паспорта БВР, обеспечивающие гарантированную глубину отбойки и высокий КИШ, рекомендованы для практического применения. Инициирование зарядов в забое при этом должно осуществляться электродетонаторами, причем вруб должен взрываться мгновенно.

Укрупненные расчеты показали, что применение предлагаемых конструкций вруба при использовании длинношпуровой отбойки на проходческих работах позволит увеличить скорость проведения выработок в 1,3 раза, повысить производительность труда проходчиков в 1,25 раза, снизить себестоимость проходки на 10%.

3.2. Совершенствование существующих и изыскание новых систем разработки

Совершенствование камерно-лавной системы. Учитывая, что существующая камерно-лавная система разработки ограничивает возможности применения буровых кареток в очистных выработках ввиду ограниченности и стесненности их работы в первоначальный период развития очистных работ, предложено поперечное подвигание очистного забоя относительно длины россыпи; разработаны технологические схемы, предусматривающие применение длинношпуровой отбойки [5, 40]. Первая представляет усовершенствованную существующую технологическую схему, основанную на применении шпуров глубиной 2,5—3 м; сущность и отличие второй заключаются в том, что линия очистных работ параллельна транспортному и вентиляционному штрекам (рис. 3.3, а).

Время отработки камеры-лавы с пролетом 18 м составит при мелкошпуровой отбойке 10 суток, для предлагаемой первой схемы при глубине шпуров 2,5—3 м — соответственно 7,4 и 7,8; для второй — 7,2 и 6,8 суток. Вторая схема позволяет сократить продолжительность отработки лавы на 3 суток, увеличить производительность труда на 20—25%, снизить себестоимость очистных работ на 10—15%.

Системы повторной разработки ранее отработанных (техногенных) россыпей. В старых горнопромышленных районах для улучшения минерально-сырьевой базы и стабилизации добычи металла в эксплуатацию вовлекаются так называемые техногенные россыпи, образовавшиеся в основном за счет не-

/

/у

V

<7

/ / /

///

/ //

//

УУ

Рис. 3.1. Зависимость необходимого количества врубовых шпуров от глубины уходки и ширины выработки

Я.»

2?

* и------------0 с

I <Ом

У

ч" 'К

«Л

Рис. 3.2. Схема бурения шпуров в проходческом забое при длине уходки 2,5 м

1 г-

полноты выемки песков, характеризующихся относительно высоким содержанием металла в сравнении с существующим уровнем.

Для шахт Индигирки и Аллах-Юня вместо применяемых сплошных систем были предложены столбовые, использование которых значительно повысило эффективность и безопасность горных работ. Системы предусматривают возможность применения самоходного оборудования. На шахтах Кулара повторная разработка россыпей (выемка междукамерных целиков) первоначально производилась открытым, затем подземным способом с проведением полевых подготовительных выработок по льду с применением проходческих комбайнов с последующей очистной выемкой целиков из рассечек. Эта система характеризовалась большим объемом подготовительных работ и низкими технико-экономическими показателями. Была предложена новая система разработки, которая повторяла существующую ранее схему нарезки и подготовки, но отличительной особенностью являлось то, что подготовительные и нарезные выработки при повторной отработке шахт проходились непосредственно по целикам (рис. 3.3,6). Опытная эксплуатация ряда шахт по предложенной системе с использованием самоходного оборудования позволила сократить срок эксплуатации шахт в 1,5 раза, повысить производительность труда в 1,8 раза, снизить себестоимость проходческих работ на 10% (табл. 3.1) [39].

Таблица 3. 1

Основные технико-экономические показатели повторной отработки шахт с использованием ПДМ и скреперных лебедок

Показатель

Средство доставки

ПДМ "Торо-200Д" | Лебедка 55ЛС-2С

Объем песков, подлежащих выемке, тыс. м3 Протяженность выработок, м Погрузочно-доставочныс машины, шт. Скреперные лебедки, шт. Спуск, монтаж и демонтаж лебедок, чел.-смен. Срок подготовки и отработки шахты, лет -Производительность труда, м3/чел.-смен. Себестоимость проходческих работ, усл. ед.

50 50

5000 5000

1 —

2 12

12 240

1 1,5

8 4,4

21,1 22,3

Предложенная система повторной подземной разработки техногенных россыпей нашла широкое применение на шахтах ГОКа "Куларзолото".

Столбовая система разработки с использованием льдопородных опор. Применение самоходного оборудования при подземной разработке многолетне-мерзлых россыпей, и погрузочно-доставочных машин в частности позволяет реализовать идею снижения потерь металла в недрах за счет поддержания кровли ледяными целиками, состоящими из ледяных блоков, изготавливаемых на поверхности. Из-за большой массы ледяных блоков и отсутствия средств по их транспортировке и установке этот способ не нашел практического применения. С целью снижения расхода воды вместо ледяных предлагается применение льдопородных опор, в качестве основного компонента закладочного материала рекомендуется использование крупнообломочного материала от промывки песков. Рассчитаны оптимальные параметры льдопородных целиков с учетом размеров ковша и грузоподъемности погрузочно-доставочных машин с тем, чтобы искусственные блоки можно было грузить и перевозить в места

в

Рис. 3.3. Предлагаемые системы разработки многолетнемерзлых россыпей с применением самоходного оборудования: а — камерно-лавная с поперечным подвиганием очистного забоя; б

— система повторной отработки техногенных россыпей (выемка междукамерных целиков); в

— столбовая с использованием льдопородных опор; г — столбовая с применением механизированной крепи

установки на ПДМ и вспомогательных машинах [34]. Принципиальная схема отработки шахты с поддержанием кровли льдопородными опорами и транспортировкой блоков с помощью ПДМ приведена на рис. 3.3, в. Укрупненный технико-экономический расчет основных показателей предлагаемой технологии разработки с применением самоходной техники и поддержанием кровли льдопородными опорами по сравнению с камерно-лавной системой показал, что объем горно-проходческих работ снижается на 40%, потери в недрах — до 2,5%, общие затраты на отработку — на 8% [34].

Столбовая система разработки с использованием механизированной крепи. ИГДС при участии автора была разработана технология бесцеликовой выемки песков с использованием механизированной крепи Т-13К, одна из технологических схем предусматривала применение самоходного оборудования (рис. 3.3, г). Предложенные системы прошли апробацию на россыпных шахтах ГОКа "Куларзолото" при разработке неглубоких сильнольдистых россыпей. Отработка опытной шахты в 1980—1981 гг. данной системой, основанной на бесцеликовой выемке песков, позволила снизить объем нарезных работ на 80%, эксплуатационные потери — с 15 до 3%, повысить производительность труда на 10% [1, 5, 28]. В связи с отсутствием на экспериментальной шахте самоходной техники, отработка ее осуществлялась с применением переносного оборудования.

Способ селективной выемки тонких пологих пластов. Предложенный новый способ предусматривает раздельную поэтапную выемку продуктивного пласта четными и нечетными слоями с подрывкой пород кровли с использованием самоходного оборудования [13]. Учитывая, что способ защищен авторским свидетельством с грифом "ДСП", описание его здесь не приводится.

Совершенствование технологии шахтного подъема. Для шахт с глубиной разработки 50—100 м годовой производительностью 50—60 тыс. м3 одним из конкурирующих способов подъема песков из шахт, наряду с применением конвейеров, является скиповой подъем. Для снижения затрат, связанных с проходкой и эксплуатацией стволов под углом 28°, была предложена конструкция стволов, предусматривающая их переменное сечение. Сущность ее состоит в следующем: часть ствола с устья до половины проходится обычным сечением 13,4 м2 и оборудована двухскиповым подъемом, другая, предназначенная для односкипового подъема, проходится сечением 9 м с установкой в сопряжении (переходной части) ствола разминовки [17]. Предлагаемая схема внедрена на россыпных шахтах Аллах-Юня в 1972—1976 гг. и рекомендуется для вскрытия месторождений с глубиной 50 м и более и где рельеф местности не позволяет заложить стволы с углом наклона до 16° для установки конвейеров.

Выводы

1. Одним из основных путей повышения эффективности работы комплексов самоходного оборудования является увеличение нагрузки на забой в 1,5— 1,6 раза за счет применения длинношпуровой отбойки.

2. Выполненный анализ паспортов буровзрывных работ на проходческих работал показал, что они не отвечают техническим характеристикам применяемых буровых кареток.

3. Разработана методика определения количества шпуров вруба для сред-

не- и трудновзрываемых вязких пород в зависимости от ширины выработки и глубины уходки, на основании которой составлены паспорта БВР, предусматривающие применение длинношпуровой отбойки. Предложенные паспорта испытаны в производственных условиях и рекомендованы для практического применения.

4. Разработаны практические рекомендации по повышению эффективности очистных работ с использованием самоходного оборудования за счет совершенствования систем разработки и шахтного подъема.

5. Предложена новая система повторной разработки ранее отработанных россыпей с применением самоходного оборудования, внедрение которой позволило сократить срок отработки шахт в 1,5 раза, повысить производительность труда в 1,8 раза, снизить себестоимость проходческих работ на 10%.

Глава 4

ПРОВЕТРИВАНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАБОТЕ САМОХОДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ИЗЫСКАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА

Применение самоходного оборудования на подземной разработке много-летнемерзлых россыпей по сравнению с переносным связано с увеличением расхода воздуха, обусловленного обеспечением в шахтной атмосфере безопасных концентраций вредных компонентов, содержащихся в выхлопных газах погрузочно-доставочных машин, оснащенных дизельным приводом. Для определения потребного количества воздуха необходим его расчет с учетом особенностей эксплуатации отдельных марок погрузочно-доставочных машин применительно к условиям подземной разработки многолетнемерзлых россыпей. Учитывая, что шахты, на которых используется самоходное оборудование, отрабатываются круглогодично с постоянным режимом проветривания, возникает проблема повышения устойчивости выработок в летний период и обеспечения гигиенических условий труда горнорабочих в зимнее время. Результаты исследований в этом направлении опубликованы в работах [1, 2, 5, б, 14, 16, 18, 25, 30, 37, 38, 41], обобщение которых выполнено в настоящей главе.

4.1. Расчет количества воздуха для проветривания горных выработок при работе самоходного оборудования

Для обеспечения безопасных условий труда с точки зрения содержания вредных компонентов (выхлопных газов) в шахтной атмосфере весьма важно определить необходимое количество воздуха, поступающего в горные выработки, чтобы обеспечить предельно допустимые (в нашем случае окислов азота) уровни вредных веществ. В соответствии с требованиями "Инструкции по безопасному применению самоходного (нерельсового) оборудования в подземных рудниках" необходимо подавать в рабочий забой на одну л.с. номинальной мощности дизельного двигателя не менее 5 м3/мин воздуха. Вместе с тем в

инструкции указывается на то, что в конкретных условиях каждого предприятия должны быть установлены расходы воздуха, обеспечивающие снижение содержания вредных веществ до нормативных требований. С этой целью были проведены экспериментально-аналитические исследования по определению необходимого количества воздуха применительно к условиям шахт, разрабатывающих мерзлые россыпи для различных типов погрузочно-доставочных машин с дизельным приводом [5, 41].

Решение уравнения стационарной конвективной диффузии, характеризующей рассеивание наложенных облаков выхлопных газов при движении самоходного оборудования по транспортному штреку с соответствующими граничными условиями, позволило получить упрощенную расчетную формулу распределения концентрации вредных примесей выхлопных газов по длине выработки для стационарного случая

где С^рах, С"°арх — максимальная концентрация вредных примесей при движении груженой и порожней машины по выработке, % по объему; Э|, а2 — коэффициенты турбулентной диффузии при движении груженой и порожней машины.

Для проверки результатов теоретических исследований в шахтных условиях изучался выброс вредных примесей по окислам азота при испытаниях опытного образца самоходной погрузочно-доставочной машины ПД-5А на шахтах ГОКа "Куларзолото". Расчетные данные по выведенному аналитическому выражению достаточно хорошо согласуются с экспериментальными замерами.

Изменения концентрации вредных примесей по длине транспортной выработки приведены на рис. 4.1, из которого видно, что максимальная концентрация вредных примесей выхлопных газов наблюдается на сопряжении транспортной выработки с камерой-лавой.

Изменение концентрации вредных примесей в зависимости от скорости воздуха в транспортной выработке приведено на рис. 4.1, из которого видно, что оптимальная скорость вентиляционного потока и равна 1,8 м/с. Относительно большие концентрации вредных примесей при работе ПД-5А объясняются тем, что установленные на выхлопе катализаторы не работали ввиду несоответствия их конструкции условиям реальной эксплуатации.

В процессе погрузки горной массы в камере-лаве выделяются дополнительные вредные примеси. Используя ранее выведенное аналитическое выра-

4.1.1. ПРОВЕТРИВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ВЫРАБОТОК

(4.1)

4.1.2. ПРОВЕТРИВАНИЕ КАМЕР-ЛАВ

Рис. 4.1. Изменение концентрации вредных примесей С при работе машины ПД-5А по длине транспортной выработки (А — Ц=1 м/с, 5=8 м ; — 1М),7б м/с, 5=8,4 м ) и в зависимости от скорости воздуха в месте сопряжения штрека с лавой (Б — 5з=8,4 м , -- 5=10 м )

Рис. 4.2. Изменение концентрации вредных примесей С по длине лавы (А- Б=25 м2, 11=0,25 м/с) и в зависимости от скорости воздуха (Б • 1 — 5-25 м ; 2 — 5"20 м ; 3 — 5=15 м2>

жение для определения концентрации вредных примесей для транспортных выработок, получена аналогичная формула для камерообразных выработок.

Распределение вредных примесей выхлопных газов в камере-лаве имеет

вид

пог кам р*._1 пор кам I еа2—* , ,

С = (С.„ + Стах Ф) -р^-М- + (Стах - Стах юр) -рг-^. (4.2) еа1—1 I еа2—1

где х — текущая координата по длине 1, м; 1 — общая длина транспортной выработки и камеры-лавы, м.

Результаты расчетов изменения концентрации вредных примесей по длине камеры лавы при работе ПД-5А в зависимости от скорости вентиляционного потока при различных сечениях камеры-лавы приведены на рис.4.2.

Из рис.4.2. видно, что оптимальная скорость вентиляционного потока V, при которой устанавливается минимальная концентрация вредных примесей при работе ПД-5А, равна 2,2 м/с.

Учитывая, что отработка камеры-лавы осуществляется путем расширения рассечки от 8,5 м2 до 25—30 м2, оптимальное сечение, при котором расход воздуха не превышает 2000 м3/мин, равно 14—15 м2, что соответствует рабочей зоне машины. .

Учитывая, что опытный образец машины ПД-5А находится в стадии промышленных испытаний и нуждается в существенной конструкторской доработке, приведенные данные по расчету загазованности не являются представительными и носят иллюстративный характер.

Расчет концентрации вредных примесей выхлопных газов при работе по-грузочно-доставочной машины "Торо-200Д" на сопряжении транспортной выработки с камерой-лавой показал,что при скорости движения воздуха 0,8—0,9 м/с содержание окислов азота находится в пределах ПДК.

Результаты расчетов по выведенным формулам позволили определить необходимое количество воздуха в зависимости от марки ПДМ. Так, для безопасной работы ПДМ — "Торо-200Д" нужно подавать не менее 6 м3/мин л.с.; для ЛК-1 соответственно — 9 м3/мин л.с., ГСТ-2Б — 8 м3/мин л.с., ПД-5А — 7 м3/мин л.с.; расчетные данные имеют хорошую сходимость с экспериментальными данными (табл. 4.1).

Таблица 4. 1

Результаты экспериментальных исследований загазованности воздуха рабочей зоны при разных режимах проветривания

Тип машины, место отбора проб Количество воздуха, поступающего для проветривания, м3/ мин л.с.

5 6 7 8 9

1 г 3 4 5 б

ГСТ-2Б

Входящая струя 0,00007 0,00007 0,00008 0,00009

Место машиниста 0,00029 0,00028 0,00026 0,00024

Окончание табл. 4.1

2

3

4

Исходящая струя

0,00035 0,00029 0,00027 0,00026

ЛК-1

Входящая струя Место машиниста Исходящая струя Торо-200Д

0,00008 0,00009 0,00009 0,00008 0,00009 0,00035 0,00030 0,00028 0,00026 0,00025 0,00040 0,00035 0,00030 0,00028 0,00026

Входящая струя Место машиниста Исходящая струя

0,00008 0,00008 0,00009 0,00020 0,00018 0,00016 0,00026 0,00025 0,00023

Таким образом, в условиях россыпных шахт Севера на одну машину ПДМ-"Торо-200Д" необходимо подавать 400—500 м3/мин; ЛК-1 — соответственно 700—800 м3/мин; ГСТ-2Б — 500—600 м3/мин; для ПД-5А — 1200 м3/мин.

Полученные данные использованы при доработке ПДМ ПД-5А. Рекомендуемая токсическая характеристика двигателя вошла в комплект технической документации на машину и при создании малотоксических модификаций дизельных двигателей мощностью 60—230 кВт для шахтных погрузочно-транс-портных машин.

Основные аэродинамические и температурные параметры шахтных вентиляционных сетей [1, 2, 4, 21, 24, 25]: протяженность вентиляционного пути 500—1200 м, расход воздуха в зимний период 800—1400 м3/мин, в летнее время — 500-800 м3/мин; естественная температура пород минус 5—10°С, длина активной теплообменной зоны не превышает 300—600 м. Отрицательная температура воздуха и пород практически сохраняется в течение года во всех выработках, за исключением воздухоподающих стволов, где в летний период положительная температура воздуха распространяется на расстояние 50— 200 м от устья ствола, а оттаивание пород наблюдается на расстоянии 40—60 м, при этом глубина ореола протаивания не превышает 0,5 м. В зимний период температура шахтного воздуха в выработках достигает минус 40— 20 °С (рис. 4.3).

Установлены количественные закономерности изменения сезонных колебаний запыленности воздуха на транспортных операциях, обусловленные изменением параметров температурно-влажностного режима. Наибольшие уровни запыленности наблюдаются в воздухоподающих стволах, наименьшие — в очистных выработках [1, 24]. Так, уровень содержания пыли в воздухе с учетом сезонного изменения расхода воздуха при подъеме песков по стволам в зимний период в 2,3—3 раза выше, чем летом; в транспортных выработках он соответственно в 1,5—2 раза больше. Результаты исследований показали, что наиболее низкий уровень запыленности на рабочих местах наблюдается в период, когда температура воздуха в горных выработках приближается к естественной температуре горного массива [1, 24].

4.2. Закономерности теплового и пылевого режимов шахт, разрабатывающих многолетнемерзлые россыпи

НаклонпшстВол Транспортный штрек

Ло/а

2У0 ¿, N

Ст!ол

Транспортный штрек

Лабы

\ '

\ V

л?" к4! юо> Г50 200 250 ЗОВ 350

ч

Шм

25. п 5У!

*°с г

и'60м и' 150и Ь«300м

О М МЪбЪЧО" и 0.10,6 ОЛ Юм „ Ш Ы 0,6 Щ 10м в 0,7 дуде д» /,ом

Т,»С

Рис. 4.3. Температурный режим шахт Якутии, разрабатывающих многолетнемерзлыс россыпи: а — температура воздуха в выработках 43 (Индигирка); б — тепловой режим шахт № 27 (Кулар): 1 — температура воздуха; 2 — температура пород

Результаты исследований теплового режима вскрывающих выработок в период летней проходки показали, что выработки, проходимые в мерзлых рыхлых отложениях с влажностью 15—25% при температуре пород минус 2,5—3°С, обладают достаточной устойчивостью, что позволяет осуществлять проходку стволов летом без крепления, за исключением устьевой части [1, 2, 21]. Вместе с тем поступление теплого воздуха в выработки в период летней эксплуатации приводит к осложнению производства горных работ ввиду нарушения устойчивости окружающих вскрывающие выработки мерзлых пород и появления водопритока [1, 2, 8, 18].

Об отрицательном влиянии нерегулируемого теплового режима на гигиенические условия труда подземных горнорабочих в зимний период можно судить по анализу простудной заболеваемости горнорабочих одного из приисков комбината "Индигирзолото" (на объектах которого производились исследования теплового режима), который выявил закономерность изменения числа простудных заболеваний в зависимости от сезонных колебаний темп^атуры воздуха [1, 19, 20, 24]. Анализом производительности шахт по месяцам установлено, что в наиболее холодные зимние месяцы наблюдается также снижение производительности на 10—20%, что объясняется потерями рабочего времени, связанными с периодическим обогревом рабочих в тепляках. Результаты выполненных исследований теплового режима шахт Якутии свидетельствуют о необходимости его регулирования с целью повышения устойчивости вскрывающих выработок в летний период и снижения запыленности и нормализации шахтной атмосферы в зимнее время.

4.3. Изыскание рациональных способов регулирования теплового и пылевого режимов

Основной принцип регулирования теплового режима шахт области многолетней мерзлоты заключается в сохранении естественного (мерзлого) состояния горных пород, окружающих действующие горные выработки в летний период, при соблюдении необходимых гигиенических (тепловых) требований в зимнее время.

Повышение устойчивости воздухоподающих выработок в летний период.

С этой целью был решен ряд прикладных теплофизических задач, которые позволили выйти на новые технические и технологические принципы обеспечения нормативных параметров эксплуатации шахт при использовании самоходной техники.

Для оценки влияния сечений воздухоподающих стволов на формирование температурных полей вокруг них были проведены аналитические исследования с учетом сезонного изменения расхода воздуха в зимний и летний периоды за счет действия естественной тяги [1, 2].

Анализ результатов расчетов показывает, что уменьшение сечения воздухоподающих стволов приводит в зимний период к большому накоплению запасов холода в горном массиве за счет увеличения глубины промерзания и снижения температуры порол, а следовательно, и к уменьшению глубины про-таивания в летний период, что повышает устойчивость горных пород. Так, уменьшение "сечения ствола о 14 до 7 м^ увеличивает глубину промерзания на 1,6 м, при этом понижение температуры пород по глубине массива составляет около 4'С (рис. 4.4.). Оптимальным сечением воздухоподающих стволов по

температурному фактору следует считать сечения 8—9 м2. С учетом влияния талых пород деятельного слоя поверхности и ослабленной зоны предложена методика расчета крепления устьевой части наклонных воздухоподающих стволов, определена рациональная область сплошного крепления по длине ствола [1, 2].

Для повышения устойчивости воздухоподающих выработок в летний период предложено использовать полимерные пленки в качестве дешевых и эффективных теплоизоляционных материалов. На основе разработанной методики расчета параметров пленочной теплоизоляции определена оптимальная толщина воздушного промежутка в пределах 0,30—0,35 м. Результаты аналитических исследований показали, что рациональная область применения однослойной пленочной изоляции ограничивается скоростью воздуха не более 0,8 м/с. При большей скорости необходимо применение двухслойной пленочной ^еплоизоляции (2, 23]. Проведение натурных испытаний теплоизоляции стволов с помощью полимерных пленок показало, что среднемесячное повышение температуры пород за пленкой на расстоянии 50 м от устья за июнь составило на глубине 0,2 м около 1,0'С, а без теплоизоляции — 2,5°С.

Температура пород за пленкой на глубине 0,2 м в конце месяца была не выше минус 4,2'С, в то время как без теплоизоляции минус 2,0—2,2°С (рис. 4.5).

Результаты производственных экспериментов показали, что применение однослойной пленочной теплоизоляции позволяет снизить температуру шахтного воздуха и окружающих ствол пород в 2—2,5 раза, а также выявили целесообразность практического применения в летний период полимерных пленок в качестве теплоизоляционного материала для воздухоподающих стволов: для шахт с расходом воздуха до 500 м3/мин — однослойная теплоизоляция, с расходом 500—1000 м-Yмин — двухслойная (2, 23].

Область применения сплошного деревянного крепления и пленочной теплоизоляции по длине наклонных воздухоподающих стволов для шахт с расходом воздуха 500 и 1000 м3/мин приведена на рис.4.6.

Для шахт с расходом воздуха более 1000 м3/мин, на основе результатов экспериментальных и аналитических исследований по теплоизоляции стволов полимерными пленками, был предложен способ регулирования, основанный на том, что воздухоподающие выработки крепятся двухслойной крепью с воздушным промежутком между слоями, при этом холодный воздух пропускают по части сечения выработки между внутренним и наружным слоями крепи, а теплый воздух — по части сечения выработки, ограниченной внутренним слоем крепи [15]. Для вновь осваиваемых месторождений разработан также другой способ регулирования теплового режима, по которому в центре шахтного поля первоначально отрабатывают камеру, которую затем используют для регулирования теплового режима путем направления в нее с поверхности воздуха, распределяемого по выработкам. Для повышения устойчивости камеры-теплообменника, уменьшения ее параметров и интенсификации процессов тепломассообмена предлагается использовать ледяную облицовку в сочетании с тепловыми трубами. Охлаждение воздуха происходит за счет теплообмена и таяния ледяной облицовки, а наличие в массиве тепловых труб увеличивает срок существования ледяной облицовки [14].

Для шахт, имеющих смежные отработанные ранее шахтные поля, реко-

7 г{ Ани

Рис. 4.5. Температура пород в стволе шахты 10 (Аллах-Юнь) на расстоянии 50 м от устья ствола на глубине 0,2 м

Естественная темпе-рптура пород. Алина ствола (от Зеркальной раыч\ м . Расход воздуха.

го 4о бо 80 то ш но гго мУмин

->0

-7 ИИшшша &00

-У

О '] 1 ТТ\\ J J

-7 /ООО

-Г .1

Н Сплошное деревянно» крепление У///Л Лленочная теплоизоляция

Рис. 4.6. Область применения сплошного деревянного крепления в воздухоподающем стволе

мендованы способы регулирования, основанные на использовании отработанных выработок в качестве теплоаккумулирующих. Были разработаны схемы проветривания действующих шахт, предусматривающие охлаждение воздуха в протяженных выработках или камерах-лавах отработанных соседних шахт, в последнем случае в качестве воздухоподающих выработок использовались специальные вентиляционные скважины [1]. Схемы были испытаны и внедрены на россыпных шахтах, оснащенных самоходным оборудованием с расходом воздуха 1000—1400 м3/мин.

Для сохранения устойчивости пород транспортных стволов действующих шахт предложено производить их "подморозку" путем подвода к устью наклонного ствола холодного воздуха с температурой на выходе из вентиляционного ствола не выше минус 3°С, при этом температура воздуха в месте установки вентилятора должна быть не выше минус 5°С [2, 22].

Результатами исследований установлено, что применение вентилятора частичного проветривания с гибким трубопроводом целесообразно при протяженности стволов не более 100 м, при длине ствола 150—200 м применение двух последовательно соединенных вентиляторов; при длине ствола 200 м и более необходимо использование вентилятора типа ВОД-11, ВЩЦ-10 с установкой их в специальной выработке. Использование вентиляторов главного проветривания, когда воздух проходит по всему сечению ствола при расходе его 400— 600 м3/мин, позволяет поддерживать отрицательную температуру воздуха в пределах минус 4—6°С по всей длине ствола [30, 38].

Нормализация условий труда горнорабочих в зимнее время. В комплексе мероприятий, направленных на улучшение гигиенических условий труда подземных горнорабочих, важная роль принадлежит техническому аспекту — регулированию теплового режима, в основе которого положено создание в зимний период в выработках умеренных отрицательных температур, близких к естественным температурам окружающих пород. Наиболее приемлемым способом регулирования является "нагрев" воздуха с помощью теплоаккумулирующих выработок. Для определения оптимальной длины протяженных теплоаккумулирующих выработок в зимний период (нагрев до минус 5—10°С) предложена упрощенная расчетная формула, учитывающая расход воздуха, геокриологические условия месторождения и режим проветривания [37]. Зная предельные расстояния теплоаккумулирующих выработок, нетрудно подобрать из сети имеющихся вскрывающих и подготовительных выработок смежной шахты необходимую их длину.

Для вводимых шахт, характеризующихся относительно небольшой длиной выработок и не имеющих рядом отработанных шахтных полей, рекомендуется ограничение расхода воздуха в зимний период до 600—1000 м3/мин.

Регулирование теплового режима россыпных шахт в зимний период с помощью протяженных теплоаккумулирующих выработок подготовительной смежной шахты позволило создать в действующих выработках допустимые по гигиеническим требованиям температурные условия труда подземных горнорабочих (температура шахтного воздуха в пределах минус 10...15°С (рис.4.7), снизить в среднем на 20% частоту простудных заболеваний, при этом запыленность шахтного воздуха в транспортных выработках уменьшилась на 30% [1, 19, 20].

Были также предложены и внедреиы способы регулирования, основанные

Основной ствол Щюрек V Лабы Штрек Ствол ^

1I " ——Шахта И 1 . ^ "" ~щахта№ г

Рис. 4.7. Регулирование теплового режима действующей шахты 10 в зимний период с помощью теплоаккумулирующих выработок подготовленной смежной шахты 11: а — схема,* б — температура шахтного воздуха

на использовании очистных выработок (камер-теплообменников) отработанных смежных шахт [1]. Очищая вентиляционные потоки в разработанной пылеулавливающей установке [16], можно достичь снижения запыленности до санитарных норм.

Выводы

1. На основании проведенных аналитических и экспериментальных исследований получены расчетные формулы определения необходимого количества воздуха для проветривания транспортных и очистных выработок при работе в них погрузочно-доставочных машин с дизельным приводом в зависимости от интенсивного выделения газов, скорости воздуха и сечения выработок, по которым определены оптимальные расходы воздуха для конкретных марок машин с учетом работы их в условиях шахт области многолетней мерзлоты.

2. Установленные количественные закономерности формирования теплового режима свидетельствуют о необходимости его регулирования в летний и зимний периоды эксплуатации шахт.

3. На основании выполненных аналитических исследований определены оптимальные сечения воздухоподающих выработок с учетом температурного фактора, параметры воздушного промежутка при применении пленочной теплоизоляции, предложена упрощенная методика расчета оптимальной длины протяженных теплоаккумуляционных выработок.

4. С целью повышения устойчивости воздухоподающих выработок в летний период предложен способ их теплоизоляции полимерными пленками, определена рациональная область его использования.

5. Разработаны и внедрены способы и схемы регулирования теплового режима в летний и зимний периоды, основанные на использовании теплоакку-мулирующих (теплообменных) выработок подготовленных или отработанных ранее шахт.

Глава 5

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ САМОХОДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Для снижения производственного травматизма и повышения безопасности труда горнорабочих применительно к условиям подземной разработки много-летнемерзлых россыпей были выполнены аналитические и эргономические исследования, результаты которых опубликованы в работах [5, 7, 43, 44] и обобщены в данной главе.

5.1. Прогнозирование безопасных условий труда

Анализ ранее разработанных моделей влияния горно-геологических и горнотехнических условий на безопасность работы показывает, что полученные информативные факторы в разной степени оказывают влияние на вероятность несчастного случая на шахте. Модели свидетельствуют о возможности рационального выбора ГТ (управляемых) факторов при наличии ГГ (неуправляе-

мых). Это дает основание для разработки практических способов управления безопасностью труда на шахте в период проектирования и определяет теоретическую возможность и практические пути соединения прогноза с количественным управлением степенью безопасности на шахте по ГГ и ГТ факторам. Метод разработан в форме "графа прогноза и управления" (рис.5.1) [5, 7, 43, 44].

В соответствии с комплексом выделенных информативных факторов граф состоит из двух частей: горно-геологической и горнотехнической. Отдельные уровни графа соответствуют учитываемым факторам, расположенным в порядке убывания их суммарной эффективности. На каждом уровне можно выделить несколько ветвей, расположенных сверху вниз в порядке усиления их негативного влияния на вероятность несчастного случая на шахте. Опасные и безопасные ветви выделены на основании установленных зависимостей влияния факторов на вероятность н.с. в шахте.

Ветви первого уровня графа, построенные по наиболее информативному фактору (глубина залегания песков), разделяют россыпные шахты на 4 класса: не опасно (Р=0), мало опасно (Р=0,14), опасно (Р=0,34), очень опасно (Р=1). Ветви уровня которого, построенные по следующему по значимости ГГ. фактору (ширина шахтного поля), строятся из каждой ветви предыдущего графа, разделяя тем самым каждую ветвь на 2 (опасную — 0,7 и неопасную — 0,31). Полученные ветви делятся на 3, каждая в соответствии с градацией фактора, находящегося на 3-м уровне информативности. Из 3 уровней ГГ части графа получаются оценки для прогноза по ГГ факторам. Каждая из ветвей этого графа типизирует сочетание ГГ факторов, которые формируют определенный уровень потенциальной опасности шахтного поля.Этот этап прогноза возможен на стадии разведки шахтных полей для обоснования первоочередной отработки более благоприятных ГГ условий. Каждой ветви ГГ части графа соответствует определенная ГТ ветвь, построенная по мере убывания ГГ факторов. Ее особенность заключается в усилении или нейтрализации уровня опасности ГГ условий. Учитывая это, можно осуществлять управление, т.е. направленный выбор более безопасного комплекса ГТ факторов.

5.2. Разработка требований, направленных на повышение уровня

безопасности отечественного самоходного оборудования, предназначенного для разработки многолетнемерзлых россыпей

С учетом специфики подземной разработки многолетнемерзлых россыпей были разработаны следующие требования к горному оборудованию [5]; к конструкции и компоновке рабочего места (Т|), в которых определены оптимальные параметры кабины машиниста; к пространственно-компоновочному размещению органов управления (Т2) с учетом параметров зон досягаемости моторного поля и средств индивидуальной защиты; к пультам управления и приборным панелям (Т3); даны основные параметры пультов управления к креслу машиниста (Т4), в которых обоснованы необходимые параметры; к органам управления (Т5) с приведением необходимых параметров; к средствам защиты от опасных и вредных производственных факторов (Т6), к вспомогательному оборудованию и инструменту (Т7) и к технической документации (Т8).

Минимизация вероятности несчастною случая на шахте за счет выбора рациональных 2орна-—-технических параметров

Обоснование необходимости проведения на шахте специальных мер обеспечения безопасности ( контроля, специальных мер профилактики, распределения средств на охрану труда)

Сделана оценка и даны рекомендации по выбору рациональной формы организации работы самоходного обор> дования по фактору безопасности [5].

Проведены шахтные наблюдения за работой опытного образца погрузоч-но-доставочной машины ПД-5А, выявлены технические возможности ее применения и установлено, что по производительности она превосходит эксплуатируемые зарубежные комплексы [5].

Выводы

1. Установленные ранее зависимости влияния горно-геологических и горнотехнических условий на вероятность возникновения несчастных случаев свидетельствуют о возможности рационального выбора ГТ (управляемых) факторов при наличии ГГ (неуправляемых), что позволило разработать метод прогноза и управления безопасности труда в виде графа прогноза и управления, позволяющий количественно оценить степень снижения травмоопасности путем воздействия на управляемые факторы.

2. Результатами эргономических исследований выявлено несовершенство конструкции отечественного самоходного оборудования, предназначенного для работы на шахтах, разрабатывающих маломощные месторождения в условиях многолетней мерзлоты. Разработаны требования, направленные на повышение уровня безопасности его эксплуатации на основе совершенствования конструкции и компоновки рабочего места.

Раздел 2

Повышение эффективности горных работ за счет снижения потерь металла в недрах на основе выбора рациональных способов управления кровлей

Глава 6

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ СТОЛБОВЫХ СИСТЕМАХ РАЗРАБОТКИ И ИЗЫСКАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ

При подземной разработке многолетнемерзлых россыпей преимущественное распространение получила камерно-лавная система, которая характеризуется значительными потерями металла в недрах. Анализ потерь песков на примере шахт Кулара за 1976—1985 гг. показал, что средний процент потерь песков в целиках составляет 15%, в том числе в околоствольных целиках — 0,5%, барьерных — 2%, междукамерных — 12,5%. Учитывая, что значительную часть шахт, отработанных камерно-лавной системой разработки, не пред-ставлется возможным заполнить водой для последующей выемки целиков, потери песков в недрах остаются безвозвратными и проблема снижения потерь металла в недрах по-прежнему остается актуальной. Особенно она важна для условий сильнольдистых россыпей с включением большого количества повторно-жильных льдов, при отработке которых потери в междукамерных цели-каз составляют 12—15%, а разубоживание достигает 50—60% за счет увеличения количества самообрушений кровли при переходе ледяных жил.

Вопросам изыскания более совершенных способов управления кровлей при подземной разработке мерзлых россыпей Якутии, позволяющих снизить потери песков в недрах, посвящены работы [1, 5, 8, 11, 27, 28, 29, 33, 45, 51].

Основные результаты проведенных шахтных и аналитических исследований представлены в данной главе.

6.1. Столбовая система разработки, базирующаяся на применении бесцеликовой выемки и способа управления кровлей плавным опусканием

Способ управления кровлей плавным опусканием с помощью переносных деревянных костров и стоечной крепи был испытан на одной из шахт Аллах-Юня [1, 5]. В качестве крепи предусматривалось два ряда костров, переносимых по мере подвигания забоя через каждые 3,5—4,5 м, расстояние между кострами в ряду было принято равным 4 м. С целью увеличения сопротивления костра сжимающей нагрузки вслед за перестановкой крепи за пределами рабочей полосы устанавливалась стоечная крепь.

Максимальная величина смещения кровли в 50 м от забоя достигала

120 мм; при этом средняя величина прогиба кровли в 10 м от забоя составила 4 мм. Массивное строение и большая мощность слоя пород, непосредственно перекрывающих продуктивный пласт, обеспечили высокую устойчивость обнажений и прогиб всего слоя без расслоений и обрушений. Передвижные костры практически не подвергались загрузкам, обычно их переставляли раз в неделю, деформация их за этот период не превышала 10—15 мм.

Результаты исследований смещений кровли показали, что установку костровой и стоечной крепи следует считать нецелесообразной, так как при деформации 30—40 мм костры практически не воспринимали нагрузки и эти два вида крепи работали изолированно друг от друга. Попытка управления горным давлением с помощью передвижной костровой крепи не отвечала горно-геологическим условиям и плавной посадки кровли не получилось. Произошло внезапное обрушение нижнего слоя мощностью 1,5—2 м при пролете лавы 70 м. Для улучшения состояния кровли и управления горным давлением целесообразно использовать применительно к рассматриваемым условиям стоечную крепь.

Наблюдения за сдвижением кровли на ряде шахт при одинаковых горногеологических условиях подтвердили, что минимальная скорость сдвижения отмечается при применении стоечной крепи в сочетании с целиками.

Испытание способа управления кровлей плавным опусканием с поддержанием кровли стоечной крепи, проведенное Иркутским политехническим институтом на одной из шахт Кулара, также не увенчалось успехом: произошло крупноблочное обрушение.

Учитывая, что данный способ дал отрицательные результаты, был предложен способ управления горным давлением, основанный на поддержании кровли целиками и деревянной крепью.

6.2. Столбовая система разработки с поддержанием кровли целиками и деревянной крепью

Анализ горно-геологических условий эксплуатации россыпных месторождений Аллах-Юня и Индигирки, на шахтах которых в 1970—1974 гг. проводились натурные исследования, показал, что кровля месторождений является высокоустойчивой и устойчивой по квалификации ВНИИ-1 и относится к типу труднообрушаемых.

Результатом исследований проявлений горного давления на шахтах Индигирки и Аллах-Юня было установлено, что до определенного момента, пока размеры обнажения кровли не достигнут предельных, сдвижения боковых пород не наблюдаются, и лишь при достижении обнажения кровли около 1500— 2500 м2 начинается равномерное ее смещение по всей площади. В первые месяцы скорость сдвижения обычно весьма незначительна (менее 10 мм в месяц), затем, по мере увеличения площадей обнажения с течением времени, сдвижения происходят более интенсивно. При абсолютной величине прогиба кровли 200—300 мм имели место полные посадки вмещающих пород [1, 8]. Установленные общие закономерности сдвижения покрывающих мерзлых пород, можно представить 2 этапами: 1 — развитие очистных работ в течение времени I, сопровождается увеличением пролета выработки 1 в пределах, не

превышающего предельного пролета 1пр, сдвижение кровли при этом весьма незначительно; 2 — дальнейшее подвигание очистного забоя сопровождается увеличением пролета выработки при активном сдвижении кровли, т.е. скорость сдвижения кровли возрастает с увеличением пролета 1 и времени отработки I. Процесс этот длится до тех пор, пока сдвижение кровли не превысит максимального прогиба, при котором происходит полное обрушение кровли 1зпр. С учетом описанного характера сдвижения кровли предложен расчетный метод определения устойчивых обнажений кровли, при котором учитываются как природные, так и производственные факторы.

Обший пролет выработки (расстояния между целиками) не должен превышать

Цг'пр+'злр- «Л)

Для слоистой кровли и для глубоких россыпей

'пр = 0^.\/Кср-(УС1дК)Н ' (6'2)

5 /50(Ш п Ь.V 5 1 = \ -' + 1 , (6.3)

зпр \| у 'пр' '

где г — предел длительной прочности на сдвиг, тс/м2; Д — плотность стоечной крепи на 1 м2; К — реакция одной стойки, тс; у — плотность пород кровли, т/м3; (1| — мощнрсть нижнего слоя, м; Wпшx — максимальная величина прогиба кровли, см; ?/ — коэффициент пластической вязкости, кг-сут/см2; V — скорость подвигания очистного забоя, см/сут.

Сравнение расчетных пролетов лав и времени их отработки с фактическими данными исследований обрушений кровли на шахтах Аллах-Юня и Индигирки показало удовлетворительную сходимость, что позволило рекомендовать его для практического применения.

По результатам расчетов оптимальный пролет лав составляет 60—50 м, средняя площадь устойчивых обнажений 2500 м2, ширина ленточных целиков 3—3,5 м. Ширина призабойного пространства (рабочая полоса) составляла 6 м, реже 8—10 м; расход крепежного леса 10—12 м3 на 1000 м3 песков. Наблюдения за проявлениями горного давления при использовании систем разработки с поддержанием кровли целиками и стоечной крепью показали, что кровля опускается плавно, без разрыва сплошности, сдвижения пород незначительны, в среднем 30—50 мм за период отработки лав, скорость смещения кровли на расстоянии 10 м от груди забоя составляет 0,5—1 мм/сут [1, 8]. Призабойное пространство было устойчивый, местное заколообразование наблюдалось после производства буровзрывных работ. Результаты исследований были использованы ВНИИ-1 при разработке типовых паспортов управления кровлей и крепления очистных выработок россыпных шахт области вечной мерзлоты (1979 г), согласно которым максимальное отставание крепи от забоя для высокоустойчивой и устойчивой кровли составляет 10—9 м, что допускает возможность применения самоходного оборудования и в первую очередь буровых кареток. Предложенные системы разработки и способ управления горным давлением позволяют снизить потери полезного ископаемого в целиках до 6— 8%, т.е. почти в 2 раза по сравнению с камерно-лавной системой.

*

Столбовые системы разработки и способ управления кровлей были внедрены в 1970—1974 гг. на шахтах Аллах-Юня и Индигирки и применяются при подземной разработке россыпей в этих районах и в настоящее время.

6.3. Столбовая система разработки неглубоких сильнольдистых

россыпей, базирующаяся на применении бесцеликовой выемки и механизированных крепей

Экспериментальная шахта имела глубину 30 м, строение россыпи характеризовалось значительным количеством повторно-жильных льдов, мощность которых достигала 1,5—3 м, в большинстве случаев они были ориентированы параллельно очистному забою. Первое массовое обрушение произошло при пролете лавы 28 м, при этом в призабойном пространстве отмечено заколооб-разование площадью 20—22 м2 по центру лавы. При дальнейшей отработке лавы до встреч с очередными линзами призабойное пространство находилось в удовлетворительном состоянии, заколов и коржей не наблюдалось. Изучение проявлений горного давления позволило установить две схемы обрушения пород кровли [28, 29, 51]. На участках с монолитной кровлей и незначительным количеством ледяных пролинзовок мощностью 1...10 мм максимальная длина породной консоли за механизированной крепью доходила до 6—10 м. В призабойном пространстве скорость смещения пород кровли перед посадкой консоли увеличивалась с 2...3 до 25—28 мм/сут. Состояние призабойного пространства в период опускания консоли ухудшалось, в кровле формировались коржи площадью от 1 до 5 м2 и мощностью 0,1—0,3 м. После обрушения консоли происходила разгрузка массива и скорость опускания пород кровли в призабойном пространстве снижалась до 1,5—2 мм/сут, что являлось характерным при удовлетворительном состоянии поддерживаемой части пород кровли.

На участках с наличием в кровле ледяных жил обрушение крупноблочное с образованием за козырьком крепи коротких консолей. После прохода ледяной жилы в выработанном пространстве происходило интенсивное обрушение пород кровли. Породы обрушивались крупными блоками 0,5*1x1,5 м, динамически нагружая дугообразный оградительный элемент крепи, в результате чего за период эксплуатации крепи было зарегистрировано десять самопередвижек ввиду недостаточного распора крепи. Восемь из них произошли при переходе механизированной крепью мощных ледяных жил (от 0,5 до 3,5 м), расположенных параллельно очистному забою. Для устранения самопередвижек крепи в рассматриваемых условиях целесообразно применение механизированных крепей с удлиненным перекрытием поддерживающей части. Следует отметить, что при наличии монолитной кровли ширина призабойного пространства может быть увеличена до 8—9 м; при наличии ледяных жил — 5—6 м, что ограничивает возможность применения буровых кареток на очистной добыче. Внедрение предложенного способа управления горным давлением позволяет снизить потери песков до 2—3%.

Глава 7

ОЦЕНКА СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ

Наряду с предложенными и апробированными способами управления кровлей, ВНИИ-1 разработаны и испытаны различные варианты льдозакладки, внедрение которых позволило снизить потери полезного ископаемого в недрах до 2—3%. Институтом горного дела Севера СО РАН проводятся лабораторные и шахтные исследования по изучению возможности применения бесцели-ковой выемки песков путем поддержания кровли с помощью сыпучей и смерзающей закладки, использование которой также позволяет уменьшение потерь полезного ископаемого в недрах до минимума.

7.1. Оценка экономической эффективности способов управления кровлей

Для экономической оценки эффективности применения существующих и предлагаемых способов управления кровлей была разработана укрупненная методика, учитывающая экономический ущерб при оставлении породных целиков и затраты, связанные с возведением ледяных целиков, применением механизированной крепи и сыпучей закладки, а также величину затрат на нарезные работы [5, 27, 33, 45].

С учетом расшифровки всех эксплуатационных затрат и среднего содержания металла в песках была разработана экономико-математическая модель, с помощью которой определена эффективность применения способов льдозакладки и сухой закладки [33]. Рассмотрены 4 варианта льдозакладки: 1 — послойное намораживание в узких глухих выработках; 2 — послойное намораживание в специально отгороженных гидроизоляционными перемычками выработках; 3 — заполнение выработок водой с последующей повторной отработкой шахты; 4 — применение ледяных блоков вслед за подвиганием очистного забоя (рис. 7.1).

На рис. 7.2 приведена зависимость затрат на возведение ледяных целиков от среднего содержания металла С, точка пересечения затрат с прямой У является границей целесообразности применения того или иного варианта льдозакладки. По результатам расчетов при среднем содержании металла в песках 1,7 г/м3 экономически выгодным является применение 4-го варианта; из трех первых целесообразно использование 3-го варианта. Наиболее выгодным вариантом, обеспечивающим эффективность использования сыпучей закладки, является применение породных валов, образуемых подрывкой пород кровли или плотика (рис. 7.3). Экономически целесообразно применение частичной закладки менее 50% объема погашаемых запасов при содержании более 2,5 г/м3.

В первую очередь использование сыпучей закладки рекомендуется при применении открыто-подземного способа разработки, когда при переходе на подземный способ можно использовать в качестве закладочного материала расположенные в непосредственной близости от шахты вскрышные породы от открытых горных работ.

\_л

1ИГН-«1

к\\\\\\ч

223

е?

V-/

та

Рис. 7.1. Принципиальные схемы управления кровлей с помощью породных и ледяных целиков:

а — породными целиками; б — с возведением ледяных целиков в специально пройденных выработках; в — в расширенных междукамерных рассечках; г — целиками, образованными в результате замерзания воды в затопленных выработках; д — ледяными (льдопородными) целиками зслед за подвиганием очистного забоя

3,усл.е& I то

# 600 §

С,усл.ед.

Среднее содержание металла. Зк-л -4; ^ - 3; /,2,3,4,5-2;

Рис. 7.2. Графическая интерпретация результатов технико-экономической оценки целесообразности применения ледяных целиков: 1 — затраты на отработку шахтного поля камерно-лавной системой разработки, усл. ед.; 2 — затраты на отработку шахтного поля с возведением ледяных целиков предлагаемыми вариантами, усл. ед.; 3 — условно взятое содержание металла в шахтном поле; 4 — ущерб от оставления целиков из продуктивного пласта, усл. ед.

3,1/СА.ед.

~V*50 тыс.м-э

12 3 4 С.уел.вд. Среднее содержание металла

Зк-л-/; ¿/-2; CSS ~3:----

--S;---6;

Рис. 7.3. Графическая интерпретация результатов технико-экономической оценки целесообразности применения сухой сыпучей закладки:

I — затраты на отработку шахтного поля камерно-лавной системой разработки, усл. ед.; 2 — ущерб от оставления целиков из продуктивного пласта, усл. ед.; 3 — условно взятое содержание металла в шахтном поле; 4 — "применение породных валов, образуемых подрывкой пород кровли или плотика; 5 — применение закладочного материала от открытых горных работ; 6 — применение закладочного материала от специально созданного карьера; 7 — объем закладки

З.р^/и3 Csjri

14 . .

З&с

< -гг. -

2 0'з 4 s ё * i i >b 1 ' з"

т-Z-L—<-,---г- Б Г.."/о ■ м 3

/5 31 U7 ЁЗ 75

31

В2 S3 125 <50

6К.Л /О м*

Рис. 7.4. Номограмма определения эффективности применения механизированной крепи

Для оперативного определения экономической эффективности применения механизированной крепи при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей в зависимости от объема потерь полезного ископаемого в целиках, среднего содержания металла и срока отработки шахты построена номограмма (рис. 7.4). Расчет по номограмме показан пунктирной линией.

Например, внедрение механизированной крепи на одной из шахт комбината "Куларзолото" в 1981 г. позволило снизить потери песков до 2%, при объеме песков в шахтном поле 30 тыс. м3. Из номограммы находим, что при содержании металла в оставленных целиках 2 усл. ед. экономический эффект от применения механизированной крепи составит 49 тыс. руб., что подтверждено фактическим эффектом в сумме 50 тыс. руб. (в ценах 1981 г.).

На основании выполненных исследований разработаны методические рекомендации по выбору рациональных способов управления кровлей на россыпных шахтах области многолетней мерзлоты [11].

7.2. Рациональная область применения различных способов управления кровлей

Для ориентировочной оценки эффективности применения различных способов управления кровлей на примере шахт Якутии были определены рациональные области их использования по условиям разработки, которые приведены в табл. 7.1 [5, 11].

Таблица 7.1

Область применения способов и средств управления кровлей по условиям разработки

Способы и средства управления кровлей Условия применения различных способов управления кровлей Примечание

Характер отработки Мощность продуктивного пласта, м Рекомендуемое содержание металла, усл. ед.

1 2 3 4 5

Поддержание кровли целиками

Поддержание кровли целиками и деревянной крепью

Принудительное обрушение кровли при применении механизированной крепи

Поддержание кровли ледяными целиками а) Послойное намораживание ледяных опор

Круглогодичный, сезонный

(зимний) Сезонный круглогодичный

То же

Сезонный

Не влияет До 1,5 (Запо- Преимущест-

лярьеРС(Я) венно для условий Заполярья До 2,5 До 2,0 (Цент- При наличии ральная Колы- лесных массивов ма)

Не влияет 1,5...2,0 и более При наличии в кровле средне- и малоустойчивых пород

Более 1,5...2,0

При наличии водных источников; наличии и рациональном использовании паводковых вод

Окончание табл. 7. 1

1 | 2~ | 3 1 4 | Д

б) Затопление шахт Круглогодичный Не влияет Более 1,5...2,0

Поддержание кровли сухой сыпучей закладкой

а) Закладочный материал Сезонный " Более 2,0 от открытых горных работ

б) Подрывка пород кров- Круглогодичный " Более 1,5 ли или почвы в подземных выработках

Управление кровлей оставлением цбликов из продуктивного пласта целесообразно при разработке в течение года небольших участков месторождения с относительно невысоким содержанием металла. Применение ледяных целиков и закладки целесообразно при отработке таких же участков, но с большим содержанием металла. Применение механизированной крепи целесообразно при отработке больших по объемам участков, а также россыпей со сложными горно-геологическими условиями разработки.

Выводы

1. Изучены особенности проявлений горного давления при поддержании кровли целиками и деревянной стоечной крепью, установлены общие закономерности сдвижений покрывающих мерзлых пород с учетом которых разработан метод расчета устойчивых обнажений очистных выработок.

2. Изучены особенности проявлений горного давления при разработке неглубоких сильнольдистых россыпей с применением механизированных крепей и установлены две принципиально различные схемы обрушения пород кровли.

3. Результаты исследований устойчивости призабойного пространства свидетельствуют о том, что при высокоустойчивой и устойчивой кровли ширина рабочей полосы в пределах 8—10 м обуславливает возможность применения комплексов самоходного оборудования и в первую очередь буровых кареток.

4. Разработана унифицированная экономико-математическая модель оценки способов управления горным давлением на россыпных шахтах Севера, учитывающая стоимостные и трудовые затраты, связанные с предлагаемыми способами управления кровлей в зависимости от содержания металла и объемных показателей; определена рациональная область их применения.

При разработке неглубоких сильнольдистых россыпей безопасная ширина призабойного пространства составляет 5—6 м, что ограничивает возмохености использования буровых кареток.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В научном докладе изложены научно обоснованные технические и технологические решения по совершенствованию подземной разработки многолетне-мерзлых россыпей, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в золотодобывающей промышленности северовосточных регионов нашей страны.

Основные научные и практические результаты проведенных исследований заключаются в следующем.

1. Проведенный анализ минерально-сырьевой базы россыпной золотодобычи свидетельствует о том, что в Дальневосточном регионе имеется достаточное количество разведанных месторождений и техногенных россыпей предназначенных для подземного способа разработки, при этом освоение ряда месторождений целесообразно производить шахтами с использованием высокопроизводительного мобильного оборудования и с круглогодичным режимом работы.

2. Выполненный анализ показателей работы шахт показал, что существующая технология подземных горных работ, базирующаяся на применении переносного оборудования и камерно-лавной системы разработки, характеризуется относительно низкой производительностью труда, высоким уровнем производственного травматизма и большими потерями металла в недрах.

3. Результаты прогноза уровня научно-технического прогресса при подземной разработке россыпных месторождений на перспективу свидетельствуют о расширении области применения самоходного оборудования на проходческих и очистных работах, способов управления горным давлением, основанных на поддержании кровли ледяными целиками, сыпучей и смерзающей закладкой, а также с полным обрушением кровли с использованием механизированных комплексов при разработке россыпей со сложными горно-геологическими условиями.

4. Экспериментальными исследованиями установлено, что внедрение самоходного горного оборудования при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей является значительным резервом повышения эффективности и безопасности труда, что выражается в повышении производительности труда в 1,5—2 раза, в сокращении численности рабочих, подверженных воздействию опасных и вредных производственных факторов в 2 раза, снижении уровня травмоопасности при бурении на 30%, при погрузочно-транспортных работах на 25—30%. Определена рациональная область применения различных комплексов самоходного оборудования.

5. Исследования влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на уровень производственного травматизма, основанные на теории распознавания образов, позволили объединить отдельные зависимости влияния факторов в едином показателе — вероятности несчастного случая. Установлено, что применение самоходного оборудования позволяет устранить ряд опасных факторов, возникающих при применении переносного оборудования, а также снизить в среднем на 30%, влияние отдельных управляемых горнотехнических факторов (длины и ширины шахтного поля, срока отработки шахты, схемы заложения стволов, длины панели и т.д.).

6. Повысить эффективность проходческих работ с использованием самоходной техники можно за счет совершенствования буровзрывных работ путем применения длинношпуровой отбойки (2,5—3,5 м). Предложенные паспорта испытаны в производственных условиях и рекомендованы для практического использования.

7. Разработаны рекомендации по повышению эффективности очистных работ с использованием самоходного оборудования на основе совершенствования

существующих и изыскания новых систем разработки. Предложена новая система повторной разработки ранее отработанных россыпей с применением самоходного оборудования, внедрение которой позволило сократить срок отработки шахт в 1,5 раза, повысить производительность труда в 1,8 раза. Доказана возможность и целесообразность применения столбовой системы разработки с использованием механизированной крепи при разработке сильно льдистых россыпей.

8. Повышение безопасности эксплуатации погрузочно-доставочных машин с дизельным приводом достигается путем оптимизации режимов проветривания. Разработанная на основании экспериментально-аналитических исследований методика расчета определения необходимого количества воздуха для работы погрузочно-доставочных машин в подготовительных и очистных выработках позволила получить аналитические зависимости интенсивности выделения газов от скорости воздуха и сечения выработок; определить необходимое количество воздуха для конкретных марок машин с учетом работы их в условиях россыпных шахт Севера.

9. Установлено, что при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей безопасная эксплуатация самоходной техники в значительной степени определяется тепловым режимом выработок, изученные закономерности формирования теплового режима россыпных шахт свидетельствуют о необходимости его регулирования в условиях постоянного режима проветривания. Разработаны инженерные методики расчета теплового режима, по которым определены оптимальные сечения воздухоподающих стволов по температурному фактору и параметры пленочной теплоизоляции для повышения устойчивости ныработок в летний период эксплуатации. Разработаны и внедрены способы регулирования теплового режима, основанные на использовании теплоаккуму-лирующих выработок.

10. Разработан в виде графа метод прогноза и управления безопасностью труда, позволяющий. количественно оценить степень снижения травмоопасности путем воздействия на управляемые факторы.

11. Предложены рациональные способы управления кровлей при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей, позволяющие снизить потери полезного ископаемого в недрах до 2—8%. Установлены особенности проявлений горного давления при применении столбовых систем при разработке глу-бокозалегающих и неглубоких сильнольдистых россыпей, которые свидетельствуют о том, что высокоустойчивая и устойчивая кровля допускает увеличение безопасной ширины призабойного пространства до 8—10 м, что обусловливает повышение эффективности применения буровых кареток; при разработке сильнольдистых россыпей безопасная ширина составляет 5—б м, что ограничивает возможность их использования.

12. Разработана унифицированная экономико-математическая модель оценки способов управления горным давлением, учитывающая стоимостные и трудовые затраты, связанные с предлагаемыми способами управления кровлей в зависимости от содержания металла и объемных показателей на основе которых разработаны методические рекомендации по выбору рациональных способов управления кровлей на россыпных шахтах. Определены экономически рациональные области их применения.

13. Результаты исследования внедрены на предприятиях ГОКов "Джугд-

журзолото", "Индигирзолото", "Куларзолото" АК "Золото Якутии". Экономический эффект от внедрения практических результатов исследований составил около 1,5 млн.руб. в ценах 1985 г.

Использование научных и практических результатов выполненных исследований в проектах подземной разработки многолетнемерзлых россыпей, намечаемых к промышленному освоению, а также при эксплуатации малообъемных пологопадающих рудных месторождений, являющихся в перспективе главными объектами подземной добычи Северо-Востока России, позволит повысить производительность труда, эффективность и безопасность подземных горных работ, снизить уровень травматизма и численность работающих.

Материалы научного доклада опубликованы более, чем в 100 печатных работах, основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

Монографии

1. Подземная разработка россыпных месторождений Якутии. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1981. — 182 с. (соавторы В.Н.Скуба, К.И.Лубий, К.Н.Ко-стромитинов).

2. Повышение устойчивости выработок россыпных шахт Севера. — Новосибирск: Наука, 1980. — 75 с. (соавтор В.Н.Скуба).

3. Условия эксплуатации месторождений твердых полезных ископаемых Крайнего Севера. — Новосибирск: Наука, 1982. — 144 с. (соавторы И.И.Авксентьев, В.Н.Скуба, Ф.М.Киржнер и др.)Г

4. Совершенствование условий труда и технологии разработки на россыпных шахтах Заполярья. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1985. — 154 с. (соавторы В.К.Куренчанин, Н.М.Кивилева).

5. Совершенствование подземной разработки талых и мерзлых россыпей. — Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1989. — 194 с. (соавторы Н.М.Кивилева, А.И.Сигаев, Я.М.Хор).

6. Подземная разработка россыпных месторождений области многолетней мерзлоты. Серия — "Итоги науки и техники" (Раздел "Разработка месторождений твердых полезных ископаемых). — М.: ВИНИТИ, 1994.-Т. 61. — 90 с.

7. Повышение безопасности работы при подземной разработке россыпных месторождений Севера (соавторы Н.М.Кивилева, В.И.Милюта, А.Г.Чеботарев). —М.: Недра, 1994. — 112 с.

Брошюры, препринты, рекомендации

8. Исследования и рекомендации по совершенствованию способов управления кровлей при подземной разработке мерзлых россыпей Якутии. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1974. — 109 с. (соавторы Б.Д.Николенко, К.Н.Костроми-тинов).

9. Направления исследований, подготовка научных кадров и задачи научно-технического прогресса в области разработки россыпных месторождений. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988. — 33 с.

10. Подземная разработка россыпных месторождений: Библиографический указатель 1965—1988. — Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1989. — 102 с.

11. Методические рекомендации по выбору рациональных способов управ-

ления кровлей на россыпных шахтах области многолетней мерзлоты.— Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1990. — 46 с. (соавторы А.М.Столяров, А.Е.Слепцов).

12. Анализ, оценка и прогноз показателей технического уровня при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей. — Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1991. — 42 с.

Изобретения, статьи

13. Способ селективной выемки тонких пологих пластов полезных ископаемых. A.c. Nu 1464571 (соавторы Ю.Д.Чугунов, В.В.Катвицкий). — 1988 (ДСП).

14. Способ отработки шахтного поля при подземной разработке россыпей в зоне вечной мерзлоты. A.c. № 1071024 МКИ (соавторы В.П.Афанасьев, П.Д.Чабан). — 1983.

15. Способ регулирования теплового режима шахты в условиях вечной мерзлоты. A.c. № 1046538 МКИ (соавторы А.Е.Слепцов, М.А.Розенбаум, В.П.Кругликов). — 1983.

16. Пылеулавливающая установка. A.c. № 906566 МКИ (соавторы В.П.Афанасьев, Н.И.Якунин). — 1981.

17. О применении наклонных стволов с переменным сечением // Колыма.

— 1974. — № 5. — С.9—10 (соавтор Н.П.Панов).

18. Влияние теплового режима на устойчивость выработок россыпных шахт// Повышение эффективности горной промышленности Якутии. — Новосибирск: Наука, 1974. — С. 28—32.

19. Влияние теплового режима россыпных шахт на простудную заболеваемость рабочих // Исследования и рекомендации по совершенствованию разработки полезных ископаемых в восточных районах СССР. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1974. — С. 162—168 (соавторы В.В.Киселев, В.Т.Ефремов).

20. К экономической оценке эффективности регулирования теплового режима шахт Севера // Исследования по физико-техническим проблемам Севера. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1974. — С. 11—14 (соавтор М.Т.Осодоев).

21. Тепловой режим стволов россыпных шахт при летней проходке// Исследования по физико-техническим проблемам Севера. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1975. — С. 7—10 (соавторы А.Н.Акишев, В.В.Киселев).

22. Оценка эффективности "проморозки" устьевой части стволов россыпных шахт для работы в летний период // Колыма. — 1975. — № 9. — С. 9

— 11 (соавтор А.Ф.Галкин).

23. К совершенствованию эксплуатации вскрывающих воздухоподающих выработок россыпных шахт // Колыма. — 1976. — № 9. — С. 12—15 (соавторы А.Ф.Галкин, М.М.Энкашев, В.Н.Скуба).

24. К оценке климатических условий труда горнорабочих россыпных шахт// Совершенствование горных работ на шахтах и рудниках Севера. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1976. — С. 127—131 (соавторы В.Т.Ефремов, К.Н.Иванов).

25. Тепловой режим россыпных шахт Заполярья// Колыма. — 1981. —№ 2. — С. 10—13 (соавторы Г.П.Довыденко, Р.И.Шевелев).

26. К оценке безопасности переносного и самоходного оборудования, экс-

плуатируемого и россыпных шахтах Озера // Безопасность труда в промышленности. — 1987. — № 2. — С. Зо (соавтор Н.М.Кивилева).

27. Определение рациональной области применения механизированной крепи на россыпных шахтах Якутии // Бюл.НТИ. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1982. — С. 14—19 (соавторы А.М.Столяров, А.Е.Слепцов).

28. Опыт отработки россыпной шахты с применением механизированной крепи Т-13К // Колыма. — 1983. — № 7. — С. 4—8 (соавторы А.Е.Слепцов, В.К.Елшин, В.С.Марков).

29. Характер обрушения кровли при разработке неглубоких высокольдистых россыпей с применением механизированной крепи // Колыма. — 1983. — № 10. — С. 8—12 (соавторы В.К.Елшин, В.С.Марков, А.Е.Слепцов).

30. Повышение устойчивости транспортных стволов в условиях россыпных шахт Севера // Крепление, поддержание #1 охрана горных выработок. — Новосибирск, 1983. — С. 80—81 (соавтор А.Г.Горохова).

31. Особенности повторной подземной отработки техногенных многолетне-мерзлых россыпей // Повышение эффективности разработки месторождений Севера. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1983. — С. 33—39 (соавтор Р.С.Бад-маев).

32. Анализ и профилактика производственного травматизма на россыпных шахтах Заполярья // Колыма. — 1985. — № 1—2. — С. 36—38 (соавторы Н.М.Кив'илева, Н.Х.Муксунов, П.С.Афанасьев).

33. Оценка экономической эффективности способов управления кровлей, основанных на применении льдозакладки в условиях россыпных шахт Севера// Совершенствование методов разработки месторождений полезных ископаемых Севера. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1986. — С. 38—47 (соавтор А.М.Столяров).

34. О возможности использования льдопородных опор из гравийно-галеч-ных материалов для управления кровлей на россыпных шахтах Севера // Проблемы инженерной гляциологии. — Новосибирск: Наука, 1986. — С. 201—208 (соавторы В.С. Марков, В.К.Елшин).

35. Исследование эффективности и безопасности использования переносного и самоходного оборудования на россыпных шахтах Заполярья // Совершенствование технологии подземной разработки россыпных и рудных месторождений Севера. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1987. — С. 13—22 (соавторы Н.М.Кивилева, С.И.Тарасов).

36. К оценке влияния горнотехнических условий разработки на безопасность труда в россыпных шахтах Заполярья // Колыма. — 1987. — № 5. — С.24—26 (соавтор Н.М. Кивилева).

37. К оптимизации длины протяженных теплоаккумулирующих выработок россыпных шахт Севера // Колыма. — 1987. — № 1. — С. 23—26 (соавторы Н.М. Кивилева, Н.Х. Муксунов).

38. Регулирование теплового режима высокомеханизированных россыпных шахт // Прогноз и регулирование теплового режима в горных выработках. — Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1987. — С. 40—43 (соавторы В.В. Киселев, Н.Х. Муксунов).

39. Опыт повторной подземной разработки мерзлых техногенных россыпей с применением погрузочно-доставочных машин // Колыма.-1987. — № 7. — С. 10—13 (соавторы Ю.Д. Чугунов, В.В. Катвицкий).

40. Повышение эффективности использования самоходного оборудования на россыпных шахтах Заполярья. // Совершенствование техники и технологии разработки глубокозалегающих россыпей. Труды ВНИИ-1. — Магадан, 1988.

— С. 82—88 (соавторы С.И. Тарасов, Н.М. Кивилева).

41. К расчету количества воздуха, необходимого для работы погрузочно-доставочной машины ПД-5А в условиях россыпных шахт // Колыма. — 1989.

— № 12. — С. 32—35 (соавторы Н.М. Кивилева, Н.Х. Муксунов).

42. К увеличению глубины уходки забоя при проведении выработок буровзрывным способом на россыпных шахтах // Колыма. —■ 1989. — № 8. — С.26—29 (соавтор Ю.Д. Чугунов).

43. Оценка эффективности и безопасности применения самоходного оборудования при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей // Ресурсосберегающие технологии при подземной отработке полезных ископаемых Севера. — Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1990. — С. 106—107 (соавтор Н.М. Кивилева).

44. Совершенствование подземной разработки многолетнемерзлых россыпей на основе прогнозирования и управления безопасности труда // Ресурсосберегающие технологии при подземной отработке полезных ископаемых Севера. — Якутск: ЯНЦ СО' АН СССР, 1990. — С. 108—110 (соавтор Н.М. Кивилева).

45. Оценка способов управления кровлей на россыпных шахтах Севера // Колыма. — 1990. — №_> 4. — С. 10—12 (соавторы А.М.Столяров, А.Е.Слепцов).

46. Проблемы освоения россыпных месторождений, разрабатываемых подземным способом с применением самоходного оборудования // Горнодобывающие комплексы Сибири и их минерально-сырьевая база. — Новосибирск, 1990. — Ч. 3. — С. 40—42 (соавторы В.Б.Мельников, Н.М.Кивилева).

47. Прогноз научно-технического прогресса при подземной разработке россыпных месторождений // Колыма.-1991. — № 4. — С. 8—12.

48. Техника и технология разработки золотосодержащих месторождений в зоне многолетней мерзлоты// Золото в развивающихся странах. — Прага, 1990.-С. 8—12 (соавтор А.Е.Слепцов).

49. Analysis and methods of improving of underground exploitation of frozen placer // Mining in the Arctic — proceedings of the 2-nd International Symposium on mining in the Arctic. (Fairbanks) Alaska. — 19—22 July 1992. — P. 215—219.

50. The main directions of the improvement of the technology and mechanization of the exploitation of the placer deposits in Yakutia // 16 World Mining Congress. — (Sofia) Bulgaria. — 12—16 September 1994. — Vol. 4 (V.l. Milyuta, E.F. Malikov).

51. Особенности проявления горного давления при подземной разработке сильнольдистых россыпей Заполярья // 3-й Международный симпозиум "Горное дело в Арктике". — Санкт-Петербург, 1994. — С. 107 (соавторы В.К. Елшин, B.C. Марков).