автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Создание безвзрывной технологии разработки кимберлитов послойным фрезерованием

Ср^с ударственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московская Государственная Геологоразведочная Академия

На правах рукописи

ЛУЦИШИН Сергей Васильевич

УДК 622.235.012.3

СОЗДАНИЕ БЕЗВЗРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ КИМБЕРЛИТОВ ПОСЛОЙНЫМ ФРЕЗЕРОВАНИЕМ

Специальность 05.15.03 - Открытая разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Московской Государственной Геологоразведочной Академии и АК "Алмазы России-Саха"

Научный руководитель

Лауреат государственной премии СССР, докт. техн. наук, профессор

Ю.И.АНИСТРАТОВ

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, профессор Ж.В. БУНИН

канд. техн. наук С.М. ГУСЕВ

Ведущая организация: АО "Российская корпорация "Алмаз-золото".

Защита состоится ~~7Г_1995 г. в ^ часов на заседании диссертационного совета Д.063.55.02 в Московской Государственной Геологоразведочной Академии по адресу:

117873, г. Москва, ГСП-7, В-485, ул. Миклухо-Маклая, 23, аудитория & 8 7—,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской Государственной Геологоразведочной Академии

Автореферат разослан " Ю" 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. профессор

В.П.НЕБЕРА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Проблема изыскания высокопроизводительных технологий разработки кимберлитовых месторождений, обеспечивающих полное извлечение из недр полезного ископаемого при обеспечении сохранности природной целостности и ценности кристаллов алмазов является актуальной. В настоящее время разработка этих месторождений Якутии производится с помощью буровзрывной технологии подготовки кимберлита и выемки одноковшовыми экскаваторами, при которой значительная часть особенно крупных алмазов подвергается разрушению. Это ведет к снижению качества кристаллосырья и его потребительской стоимости.

Природные условия Якутских кимберлитов характеризуются объемным весом 2,3-2,6 т/м3, сильной и средней трещиноватостью, прочностью на одноосное сжатие от 2 до 90 МПа, сопротивлением резанию от 10 до 46 МПа, модулем упругости от 300 до 1100 МПа. Опыт разработок Якутских месторождений показал возможность механического рыхления кимберлитов бульдозерно-рыхлительными агрегатами. Однако, его широкое применение ограничено зонами с повышенной трещиноватостью и пониженной прочностью. Одновременное применение буровзрывной технологии и механического рыхления на небольших по площади рудных горизонтах создает большие трудности и снижает производственную мощность карьера.

В настоящее время в промышленном и дорожном строительстве при разработке плотных и полускальных пород применяются комбайны с рабочим органом, позволяющим производить разработку массива слоями путем фрезерования.

Принцип работы этих машин и диапазон свойств разрабатываемых горных пород позволяет предположить его эффективное применение для высокопроизводительной безвзрывной разработки кимберлита с целью сохранности природной целостности кристаллов алмазов. Однако, отсутствие исследований в этой области и малого опыта их применения на горных предприятиях делают актуальными исследования эффективности добычных работ на алмазных месторождениях с помощью фрезерных комбайнов и определении оптимальных параметров технологии горных работ на карьерах.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является создание безвзрывной технологии разработки кимберлитов механическим разрушением массива путем послойного фрезерования и научное обоснование ее параметров.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в использовании фрезерных комбайнов непрерывного действия на карьерах для безвзрывной кристаллосберегающей разработки кимберлитов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ включают анализ научных исследований и практики в области механического разрушения горных пород, изучение физики разрушения резанием, аналитические исследования, экспериментальные исследования фрезерования кимберлитов в производственных условиях, технико-экономическое обоснование безвзрывной технологии горных пород.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, разработанные лично соискателем:

1. Разработка кимберлитовых руд механическим разрушением породы путем фрезерования обеспечивает наибольшую эффективность добычных работ вследствие повышения сохранности кристаллов.

2. Производительность фрезерования зависит от прочности кимберлитов, тре-щиноватости массива и параметров фрезерования. Максимальная производительность фрезерных комбайнов в кимберлитах прочностью на одноосное сжатие 35-60 МПа обеспечивается при глубине фрезерования 0.5-0.6 максимальной глубины резания. Для БМ-2600 оптимальная глубина фрезерования составляет 140-150 мм.

3. Оптимальными параметрами технологии послойной выемки кимберлитов путем фрезерования на карьерах коренных месторождений алмазов являются: угол откоса уступа, формируемого из слоев при существующей конструкции комбайна -68°, минимальная длина блока - 140 м, ширина - 25 м.

4. Механическое разрушение кимберлитов послойным фрезерованием комбайнами непрерывного действия позволяет повыси ть сохранность кристаллов алмазов по сравнению с взрывным способом разрушения на 15-20%.

НАУЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ состоит в установлении зависимостей параметров технологии послойного фрезерования комбайнами непрерывного действия от природных условий коренных месторождений алмазов.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ заключается в разработке технологии добычных работ на коренных месторождениях алмазов фрезерными комбайнами и создании инженерного метода расчета ее параметров в конкретных горногеологических условиях.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ, сформулированные в диссертации, подтверждаются:

- сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований в производственных условиях;

— применением современных методов исследований: аналитического, графического, технико-экономического анализа, экспериментальных исследований в производственных условиях.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Основные выводы и рекомендации диссертационной работы внедрены на карьере тр." Юбилейная" Айхальского ГОКа АК "Алмазы России-Саха".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований докладывались на Международном симпозиуме "Горное дело в Арктике" (октябрь 1994), научных конференциях МГГА.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 120стр. машинописного текста, содержит 4 0 рисунков, 15 таблиц и списка литературы из 170 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ КОРЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АЛМАЗОВ В ЯКУТИИ

Коренные месторождения алмазов представляют собой крутопадающие рудные тела с углом падения 80-90°, форма в плане близка к округлой. Большая часть трубок имеет выход на поверхность.

Средние размеры трубок на поверхности от нескольких десятков до сотен метров, по глубине рудные тела прослеживаются более 800 м. Вмещающие породы представлены известняками, мергелями и песчаниками. Объемный вес пород составляет 2,5 т/м3, руды - 2,3-2,6 т/м3. Коэффициент крепости по шкале М.М.Протодь-яконова составляет для пород от 3 до 8, для руды - 3-9.

Кимберлитовая руда представляет собой брекчию, сцементированную серпантин-карбонатной основной массой. Ценность алмазных месторождений определяется как содержанием, так и качеством алмазов. Среди кристаллов выделяются несколько тысяч сортов, отличающихся по крупности, форме, структуре, механическим и другим физическим свойствам, наличием или отсутствием включений примесей и прочее. Крупность кристаллов, как правило, является определяющим фактором ценности. Для каждого месторождения характерно определенное распределение алмазов по крупности. Средняя цена карата в одних месторождениях может быть во много раз выше, чем в других. Однако природное распределение алмазов по ценности месторождения отличается от распределения, получаемого после добычи и переработки руды. Это объясняется изменением качества кристаллов при добыче и переработке руды.

Совершенствованием технологии добычи с целью сохранения природных качеств кристаллов, а следовательно их ценностью занимались многие ученые: академики Н.В.Мельников, В.В.Ржевский, профессора Ю.И.Анистратов, Е.Г.Баранов, Ж.В.Бунин, Б.И.Кутузов, В.С.Боровиков, А..И.Хонукаев, Ю.С.Мец и другие.

к.т.н. К.Ю.Анистратов, А.Т.Ведин, Г.Г.Гомелаури, А.В.Рассудов, В.М.Усачев, Н.Н.Уркин, Н.Н.Юрин, и др.

Исследования и опыт эксплуатации в основном сводились к совершенствованию буровзрывного способа подготовки кимберлитов к выемке путем использования низкоплотных взрывчатых веществ. Однако содержание технологии взрывной подготовки не позволяете полной мере исключить взрывное воздействие на кристаллы алмазов в массиве и их повреждение.

На карьере Удачнинского ГОКа была опробована технология уменьшения прочности массива предварительным разупрочнением кимберлитов естественными высокоминерализованными водами. Однако, использование щадящих взрывчатых веществ и ослабление прочности кимберлитов минерализованными водами имеют ограниченные области применения.

Перспективной является разработка кимберлитов без взрывных работ одноковшовыми гидравлическими экскаваторами с повышенными усилиями резания.

В настоящее время при проведении подземных горных выработок на транспортном и промышленном строительстве используют комбайны с фрезерными рабочими органами для механического разрушения горных пород.

Одной из машин этого класса является комбайн с горизонтальной фрезой для послойного разрушения, обеспечивающий одновременную выемку и погрузку плотных и полускальных горных пород.

Опыт использования таких комбайнов на карьерах строительных материалов для производства щебня за рубежом и на отечественных карьерах позволяет предположить, что в природных условиях Якутских месторождений можно успешно их использовать для разработки кимберлита по безвзрывной непрерывной технологии.

Для создания безвзрывной технологии разработки кимберлита комбайнами с послойным фрезерованием, позволяющим исключить взрывное нарушение кристаллов необходимо было решить следующие задачи:

- анализ существующего и перспективного оборудования непрерывного действия для безвзрывной технологии;

- установление зависимостей параметров работы фрезерных комбайнов от свойств массива кимберлита и природных условий месторождений;

- экспериментальные исследования процесса разрушения кимберлита, экскавации и погрузки в средства транспорта фрезерными комбайнами;

- определение рациональных параметров технологии разработки кимберлитов при послойном фрезеровании для условий Якутских месторождений;

- определение эффективности безвзрывной технологии разработки кимберлита на карьере трубки "Юбилейная" послойным фрезерованием.

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО И ПЕРСПЕКТИВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ БЕЗВЗРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ ПОЛУСКАЛЬНЫХ ПОРОД

Область разработки месторождений открытым способом в последнее десятилетие характеризуется ускорением разработок и внедрением за рубежом новых поколений оборудования, поиском эффективной техники и технологии с целью снижения затрат на добычу полезных ископаемых и улучшения экологической обстановки на карьерах.

При разработке крепких горных пород совершенствование техники и технологии происходит в направлении прямой экскавации горных пород из массива путем резания или разрушения массива по естественной трещиноватости.

Исследования последних лет доказывают ошибочность мнения о бесперспективности механического способа разрушения ввиду высокого абразивного износа рабочего инструмента, большой энергоемкости процесса и необходимости опережающего увеличения энергосиловых и массогабаритных параметров горной техники. Использование новых конструктивных материалов и методов упрочнения рабочих поверхностей механизмов и инструментов горных машин, применение гидропривода в силовых установках и использование физико-механических способов воздействия на горный массив открывает новые перспективы создания и освоения в практике открытых горных работ мощных выемочно-погрузочных машин, использующих принципы механического воздействия на разрабатываемый горный массив.

В конце 70-х начале 80-х годов за рубежом заметно возрос интерес к оборудованию, позволяющему обеспечить высокую производительность и поточность, базирующемуся на безвзрывном разрушении массива пород и принципах комбайновой добычи, обеспечивающей технологические процессы отделения от массива, дробления и погрузки горной массы. В результате проведения исследовательских и опыг-но-конструкторских работ рядом машиностроительных фирм США, Германии, Австрии и Англии разработаны и созданы фрезерные и шарошечные комбайны различных типов для подземных и открытых горных работ.

В настоящее время используются свыше 2000 стреловых комбайнов с помощью которых проходят ежегодно более 1,5 тыс.км подземных выработок. В породах с коэффициентом крепости 12-14 ед. по шкале М.Протодьяконова скорость проходки выработок диаметром 2-6 м стреловыми комбайнамн в 2 раза выше, чем при буровзрывном способе, а расходы на 13 % ниже.

Буровые комбайны роторного типа для проходки подземных выработок на полное сечение применяются в породах прочностью до 280 МПа. Средняя скорость проходки составляет 10-15 м/сутки при диаметре выработок до 8-12 м, мощность комбайнов достигает 500-600 кВт. Ориентировочный срок эксплуатации комбайнов

- около 10 лет, а средняя величина проходки за время его полной амортизации -порядка 10 км выработок.

Производительность мощного комбайна может быть оценена примерно в 300500 т/ч, что дает основание считать комбайновую технологию приемлемой по производительности для открытых работ при их количестве в 10-20 единиц на крупных карьерах с годовой мощностью по горной массе 15-30 млн м3.

Учитывая возможности увеличения производительности вследствие роста единичной мощности, безвзрывная комбайновая технология на открытых горных работах может рассматриваться как перспективная для пород не только средней, но и высокой крепости, а также как реальная альтернатива технологии со взрывным дроблением массива горных пород.

Первые машины для поточной выемки относительно крепких пород появились в США в пятидесятые годы. Вначале это был отвальный плуг, а несколько позже -многоковшовый экскаватор. В 70-х годах Горное Бюро США осуществило программу исследований и конструктивных разработок оборудования, целью которой являлось обеспечение поточной технологии добычи полезных ископаемых открытым способом. На основе опыта разработки и применения шахтных добычных и проходческих комбайнов, а также оборудования для дорожного и аэродромного строительства был разработан ряд образцов комбайнов непрерывного действия послойного фрезерования для карьеров, получивших название Continuous Surface Miner (CSM) и многослойного фрезерования (стреловые комбайны).

Первые комбайны CSM появились на рынке в начале 80-х годов. Несколько позже были созданы добычные комбайны с роторным рабочим органом ковшового типа (серии Satterwhite whell) и струговым рабочим органом.

Классификации выемочно-погрузочных комбайнов непрерывного действия приведена в табл.1.

Добычные комбайны для открытых работпомимо обеспечения высокой мобильности и селективности отработки забоев позволяют достичь высокого уровня поточности горного производства в сочетании с автоматизацией добычных, погрузочных и транспортных операций при возможности использования дистанционного управления. Комбайновая технология формирует целый комплекс предпосылок для обеспечения экологической чистоты технологических процессов и повышения экономической эффективности открытых гор ных работ.

Отпадает необходимость ведения буровзрывных работ, а вместе с ними - доставки ВМ, строительства базисного и расходного складов ВВ, применения ВВ с соответствующими негативными последствиями выброса в атмосферу вредных газообразных продуктов взрыва и потерь природных качеств алмазных кристаллов, использование буровых станков, исключаются простои оборудования, его нерациональное перемещение при массовых взрывах и т.д. Появляется возможность качественного и полного извлечения полезного ископаемого, исключения влияния

взрывных работ на устойчивость уступов и бортов карьеров, что обеспечивает возможность их отстройки под более крутыми углами с уменьшенным объемом вскрышных пород, снижение текущего коэффициента вскрыши в связи с сокращением ширины рабочих площадок ввиду отсутствия развала горной массы, сокращение срока и объема горнокапитальных и подготовительных работ. Повышается безопасность ведения работ.

Таблица 1

Систематизация выемочно-погрузочных комбайнов непрерывного действия (действующие модели)

Конструктивное Расположение Тип рабочего Вид Тип комбайна,

исполнение рабочего оборудования стружек фирма-

комбайна органа изготовитель

Комбайн с центральное с барабан с однослой- Easi-Miner SM

фрезерным жестким резцами ные стружки "HURON",

рабочим креплением "Wirtgen"

органом

впереди барабан с однослойные C-Miner

машины с режущими стружки "PAURAT"

жестким кромками и PWH "Weserhutte"

креплением

Комбайн со сбоку верти- струг с однослойные H "Holland-Loader"

струговым кально или резцами стружки

рабочим в центре го-

органом ризонтально

Комбайн с впереди ковшовый однослойные Satlerwhiie whcll SE

роторным машины стружки "Mc Nally Pittsburg",

рабочим KSM "KRUPP"

органом

Стреловый на одной две продоль- многослойные Wav "Weslfalia-

комбайн с стреле ные режущие стружки Lunen",

фрезерным головки

рабочим

органом на двух по одной

стрелах поперечной то же ТВ "DOSCO"

режущей

головке

на гндро- барабан с тоже CME "RAHCO",

цилнндре резцами VASM

"VOEST-ALPINE"

на пцроци- барабан то же

лнндре с резцами

Следует отметить тот факт, что в настоящее время подобная техника производится на машиностроительных заводах только зарубежных фирм - в Германии, США, Англии, Австрии, Японии, Швеции. Фирмами разработаны параметрические ряды на перспективные модели, некоторые из которых прошли стендовые и промышленные испытания и запущены в серийное производство. Несмотря на то, что срок эксплуатации первых образцов (фирм Wirtgen и HURON) исчисляется всего 10 годами, накоплен большой опыт практического применения различных моделей добычных карьерных комбайнов на карьерах США, Австралии, Канады, Бразилии, ЮАР, Франции, Испании, Италии при добыче строительных материалов, угля, фосфоритов, бокситов, гипса, разработке вскрышных пород. В 1989 году в СССР были проведены первые опытно-промышленные испытания фрезерного комбайна для дорожного строительства модели 2100 VC фирмы Wirtgen на латвийском гипсовом карьере Сауриешского месторождения, в 1991 году проведены испытания карьерной модели 2600 SM фирмы Wirtgen на щебеночном карьере на добыче известняка в Эстонии. С 1991 года проводятся испытания модели 2100 VC фирмы Wirtgen на гипсовом карьере в Туркмении.

Проведены испытания одной из моделей комбайнов фирмы Wirtgen на золоторудном месторождении США. Но для добычи алмазов при разработке кимберлито-вых и лампроитовых трубок, например, ЮАР или Австралии не зафиксировано ни одного случая применения.

Согласно материалам зарубежной литературы, отработка кимберлитовых участков на зарубежных карьерах достаточно консервативна - с помощью взрывного дробления, в отдельных случаях - механическими рыхлителями. Таким образом, идею использования фрезерных комбайнов при добыче алмазного сырья открытым способом следует считать одним из приоритетных направлений отечественной горной школы. Основываясь на положительных результатах опытно-промышленных испытаний проходческого комбайна ГПКС при разработке кимберлитовых зон восточного рудного тела трубки "Сытыканская" Айхальская ГОКа, показавших, что по сравнению с БВР методом резания удается избежать снижения качества алмазных кристаллов на 15-20%, т.е. следует ожидать большого экономического эффекта от внедрения фрезерных комбайнов на алмазных карьерах.

Добычные комбайны послойного фрезерования типа CSM с центральным креплением рабочего органа обеспечивают большую стабильность работы и расширяет область применения машин по крепости пород. Аналогом этих комбайнов явились так называемые дорожные машины для строительства дорожного полотна и взлетно-посадочных полос аэродромов. Комбайны типа CSM (Continuous Surface Miner) представляют собой компактный мобильный агрегат с небольшой глубиной фрезерования, реализующий технологические процессы механического отделения породы от массива методом резания, дробления и погрузки горной массы. Рабочий орган включает в себя шнековый барабан, оснащенный штыревыми резцами, расположенными по винтовой линии и армированными вставками из кобальто-вольфрамового твердого сплава. Кроме рабочего органа компановка узлов комбайна обязательно

включает гусеничные шасси, опорную раму, привод, кабину, перегружатель, разгрузочный конвейер, электро- и гидросистему.

Выпуск выемочно-погрузочных машин типа CSM налажен западными машиностроительными фирмами, в числе которых Wirtgen (Германия), HURON Manufacturing Corporation (США); UNIT RIG (США); Dresser (США); Shtelk (Германия); Caterpillar (США), Foster Miller (США), а также еще целый ряд менее значительных фирм. На мировом рынке среди фрезерных комбайнов с поверхностным расположением рабочего органа наиболее популярны комбайны фирм Wirtgen и HURON.

При работе комбайна типа CSM забоем является поверхность площадки уступа. В отличие от роторных и одноковшовых экскаваторов, которые при выемке блоков работают почти стационарно, комбайн послойного фрезерования представляет собой мобильное устройство для отработки поверхности массива горных пород с относительно высокой скоростью перемещения. Разработка пород этими машинами может осуществляться на любых месторождениях с относительно большой площадью. Если площадь отработки небольшая, то из-за потерь времени на развороты и подачу машины к следующей заходке ее производительность уменьшается. При направлении резания вверх по слою усилие, противодействуя фрезерному валику, направлено вниз, в результате чего резцы прижимаются к разрабатываемой породе. Это обеспечивает хорошую отбойку, но с образованием большого количества мелочи. В мягких породах фреза может действовать сверху вниз, но производительность при этом снижается. Усилия противодействия в данном случае направлены вверх, значит комбайн должен обладать массой, необходимой для внедрения в породу.

В случае применения фрезерных комбайнов типа CSM для добычи кимберлито-вой руды на карьерах коренных месторождений алмазов, ввиду требований технологии рудоподготовки кимберлитовой массы в бесшаровых мельницах в режиме самоизмельчения к фракционному составу кимберлитовой руды, предъявляются особые требования, т.к.фрезерование обеспечивает малую крупность продукта разрушения - выход фракции кусков размером 200-300 мм составляет 5-8%.

В качестве транспортных средств с комбайнами типа CSM наиболее часто применяются автосамосвалы, углевозы, но возможны их сочетания с конвейерным транспортом через подвижные бункеры или межуступные перегружатели, а также технология отгрузки породы в штабели для последующей ее погрузки экскаваторами или колесными погрузчиками в транспортные средства.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ПАРАМЕТРОВ ФРЕЗЕРНЫХ КОМБАЙНОВ ОТ СВОЙСТВ МАССИВА И ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Исследования проводились в сравнении с традиционными буровзрывными технологиями в аналогичных условиях с целью определения области применения фрезерных комбайнов для разработки крепких горных пород. Установлена зависимость производительности комбайна от глубины фрезерования, длины рабочего блока, рабочей скорости комбайна и рабочей массы самой машины. Данные испытаний фрезерного комбайна 21ООУС при добыче прочных вязких гипсов показали, что его производительность существенно снижается при повышении прочности породы (рис.1) и глубине фрезерования (рис.2). Независимо от свойств массива производительность комбайна уве-

т/мин

4,5

4.1

3,7

\

\

25

29

33

,МПа

Рис. I. Зависимость производительности комбайна 2100 УС от прочности породы

<5. т/ч

1600

1400

1200

1000

800

у —50( ми

! / > / ^30( мм

и / < / - 2(Х ми

/ /

100

300

500

Ир(мм

Рис. 2. Зависимость производительности фрезерного комбайна Q от длины блока и и глубины фрезерования Лр

личивается при увеличении длины блока фрезерования (рис. 2) и рабочей скорости перемещения (рис.3). Сравнение массы и производительности фрезерных комбайнов, роторных и гидравлических экскаваторов по-казываетГ что рабочий вес фрезерных комбайнов при аналогичной его производительности значительно ниже.

Результаты исследований показали, что областью применения фрезерных комбайнов при достаточно высокой производительности являются горные породы

глубина фрезерования , Ьр, м 2.5 2,0 1,6 1,2 1,0 0,7 0.6

с прочностью от 15 до 80 МПа (рис. 4).

Анализ производстве-ных расходов на эксплуатацию комбайнов по данным американских исследовате-0 2 лей показывает, что наименьшие затраты обеспечиваются при использовании комбайнов в комплексе с конвейерным транспортом.

0 2 6 8 V, м/мин

Рис. 3. График зависимости производительности фрезерного комбайна ( (2) "С-Мтег" от ве^шчины рабочей скорости (V) при различной величине глубине резания (Ар)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ КИМБЕРЛИТА, ВЫЕМКИ И ПОГРУЗКИ В СРЕДСТВА ТРАНСПОРТА ФРЕЗЕРНЫМИ ЭКСКАВАТОРАМИ

Объект исследования выбирался среди карьеров АК "Алмазы России-Саха" находящихся в эксплуатации в настоящее время. Главным критерием при выборе карьера для испытаний фрезерного комбайна было наличие достаточно широких площадок на вскрытом массиве кимберлитов. Из действующих карьеров этому критерию удовлетворяет карьер тр. Юбилейная, что и обусловило выбор этотго карьера в качестве полигона для проведения настоящих исследований.

Коренное месторождение алмазов тр."Юбилейная" представлено следующими видами кимберлитов: брекчия расщепления желто-коричневого цвета, брекчия расщепления серого цвета, автолитовая брекчия, брекчиевидный кимберлит. Крепость указанных кимберлитов составила от 16 до 89 МПа, объемный вес 2,28-2,31 т/м.

На карьере тр."Юбилейная" к началу 1993 года обеспечено вскрытие рудных горизонтов 560 м и 545 м. При этом на обоих горизонтах сформированы достаточно широкие площадки в пределах рудного массива.

юооо

Роторный экскаватор

4500

Канатная 1000 мехлопата -

Компактный

роторный

экскаватор

2300

б, МПа

Рис. 4. Область применения выемочно-погрузочной техники для карьеров в зависимости от прочности горных пород

На опытном блоке карьера тр.Юбилейная проведена горнотехническая часть комплекса опытно-промышленных испытаний комбайна непрерывного действия БМ-2600 фирмы \Virtgen.

До начала испытаний комбайном был разработан слой рудной массы мощностью 1,5-2,0 м, представляющий собой часть массива, нарушенного буровзрывными работами на вышележащем горизонте.

В ходе работ производился хронометраж работы комбайна при погрузке в штабели, отсыпаемые на поверхности опытного блока или при сбрасывании рудной массы на поверхность нижележащего уступа .

Рабочий участок забоя для оценки изменения производительности разбивался на пикеты через каждые 5 м. Для каждого пикета в процессе хронометража фиксировалось время прохождения участка забоя между пикетами и средняя глубина стружки, а также ширина заходки.

В процессе испытаний температура окружающего воздуха составляла -2°С +20°С.

Все замеры, произведенные в ходе первых испытаний сводятся к четырем наиболее характерным случаям.

1. Замеры производились при средней глубине фрезерования от 100 до 130 мм и ширине отрабатываемой заходки 263 см. Производительность по мере отработки изменялась от 210 до 300 м3/час, принимая минимальные значения при отработке

наиболее крепких пород. Средняя техническая производительность по заходке составила 233 м3/час.

2. Замеры произведились при средней глубине фрезерования от 190 до 230 мм и ширине отрабатываемой заходки 263 см. Производительность от мере отработки заходки изменялась от 200 до 360 м3/час. Средняя техническая производительность по данной заходке составила 258 м3/час.

3. Хронометраж производился при постоянной глубине фрезерования - 240 мм и ширине отрабатываемой заходки 263 см. Стабильная глубина фрезерования была достигнута за счет хорошей зачистки поверхности забоя при отработке вышележащего слоя. Максимальные значения текущей производительности в данном случае находятся в пределах 400-450 м3/час. минимальные значения - в пределах 240-300 мз/час. Средняя производительность составила 336 м3/час.

4. Хронометраж производился при средней глубине фрезерования от 200 до 220 мм и ширине отрабатываемой заходки 263 см. Наиболее характерные значения текущей производительности от 180 до 250 м3/час. Средняя техническая производительность комбайна по данной заходке составила 217 м3/час.

Средняя техническая производительность комбайна по всем замерам составила 275 м3/час. При этом отработка рудного массива при максимальных значениях глубины фрезерования (от 230 до 250 мм) позволяет достигать производительности 300-330 м3/час, отработка массива при глубине фрезерования от 150 до 200 мм производится при средней производительности 230-260 м3/час.

Замеры показали, что глубина резания комбайна БМ-2600 при нормальной работе составляет 200-250 мм. Максимальная достигает значения Ьр шах = 265 мм. При глубине заходки Ьр = 270 мм комбайн останавливается. Для определения влияния глубины резания на производительность комбайна часть заходок отрабатывалась глубиной 100-150 мм. Время отработки участка между пикетами колеблется от 13 до 36 сек, т.е. производительность составила 194-350 м3/час.

В результате статистических расчетов, сделанных с помощью компьютерной программы ЗТАТСЯАР, установлено, что среднее значение производительности из всей совокупности случайных значений серии замеров составляет (Зср.| =314,8 м3/час. Размах варьирования случайных значений составляет (^тш =110 м3/час, <3тах = 820 м3/час.

Анализ графиков изменения производительности по мере подвигания комбайна по забою показывает повышение производительности в зоне 20-25 пикетов, где отрабатывалась приконтактная зона, характеризующаяся сильно трещиноватой разновидностью кимберлитов прочностью не более 18,0-25,0 МПа.

Корреляционный анализ данных не позволил установить зависимость производительности комбайна от свойств пород, что прежде всего объясняется усреднением значений данных прочности кимберлитов, отсутствием существенной разницы в прочностных характеристиках кимберлитов на рассматриваемом участке забоя.

Установлено, что при нарезке новой серии заходок, то есть при врубе, производительность комбайна существенно зависит от толщины стружки. Так при толщине стружки Ьз= 19-20 см средняя производительность при заходке составила Q 1=198 м3/час, а при h3 = 9-11 см, Q2 = 241 м3/час, то есть на 22% выше. По наблюдениям за работой комбайна это явление объясняется тем, что при работе на максимальной или близкой к ней глубине резания происходит отрыв достаточно больших кусков породы, которые при подаче на загрузочный стол додрабливаются фрезой. В этом случае сравнительно велико сопротивление резанию. В частности, при глубинах резания 25-27 см комбайн резко замедляет рабочий ход и машинисту приходтся поднимать фрезу.

Таким образом, в ходе испытаний при отработке заходок с максимальной глубиной фрезерования (230-250 мм) техническая производительность комбайна составляет 300-330 м3/час. При глубине фрезерования от 150 до 200 мм техническая производительность составляет 230-260 м3/час.

В результате проведенных исследований установлено, что производительность комбайна увеличивается с увеличением глубины фрезерования от 100 мм до 250 мм в среднем на 30%. При врубе на новую заходку производительность комбайна уменьшается на 25% с увеличением глубины вруба от 100 мм до 200 мм.

Анализ результатов выполненных эксплуатационных исследований (в производственных условиях) позволил установить, что для максимальная производительность комбайна достигается при глубине фрезерования 0,6-0,8 Ьф шах.

Исходя из полученных данных в результате опытно-промышленных испытаний произведен расчет значений эксплуатационной производительности комбайна SM-2600: часовой Q4, сменной QCm и годовой Qr.

Эксплуатационная производительность комбайна для Якутских месторождений алмазов рассчитана, исходя из установленной средней технической ПрОИЗВОДИТеЛЬ-

'а

ности QCp.r=315M /час. Соответственно для Ьз=150-200 м сменная эксплуатационная производительность комбайна SM-2600 составляет:

- при погрузке в автотранспорт Qt=1700-1800 м /см,

- при погрузке в штабель Q=2100-2200 м3/см.

(Расчет произведен для ТСм = 12 часов - принятый режим для карьера тр. "Юбилейная").

Часовая эксплуатационная производительность Q4ac = 140-145 м /час; Qqac = 175-180 м3/час соответственно.

Учитывая, что количество рабочих часов в месяц составляет Тм = 550 часов, месячная производительность комбайна составит QM = 77000-100000 м3/мес. Годовая производительность комбайна составит год = 650000-840000 м3/год (с учетом климатических простоев).

В ходе отработки блока комбайном 5М-2600 формировался ступенчатый откос вышележащего уступа. Данный уступ в ходе дальнейшего развития горных работ на карьере тр. Юбилейная будет отрабатываться по традиционной технологии с применением буровзрывных работ. При небольших значениях откоса ступенчатого уступа (40-45 ), сформированного комбайном до начала испытаний, возникнет проблема взрывания части массива, расположенной ниже линии пологого ступенчатого откоса. Для устранения этой проблемы необходимо увеличить угол откоса формируемого комбайном ступенчатого уступа. Процесс формирования откоса уступа комбайном фрезерного типа существенно отличается от принятых в настоящее время на карьерах способов. Поэтому было уделено особое внимание при проведении экспериментальных исследований.

Формирование откоса уступа осуществляется комбайном в процессе отработки первых (по отношению к откосу вышележащего уступа) заходок. Откос уступа имеет ступенчатую форму (рис.5). Результирующий угол откоса уступа зависит от глубины резания комбайна и ширины ступеньки между смежными заходками. Глу-

бина резания для данного типа комбайна 5М-2б00 Ьр =200-250 мм. Ширина ступеньки Ьст определяется как конструктивными параметрами комбайна, так и мастерством машиниста. Конструктивно Ьст зависит от ширины лыжи, предохраняющей рабочий орган - барабан - и расстояния ее до режущей кромки барабана.

* -г

При работе с лыжами ширина ступени Ьст составляет не менее 20 см, что ведет к образованию откоса уступа при hp=0,2-0,25 м близким к 45°. Угол откоса зависит от ширины ступеньки Ьст и глубины резания (рис.б).

В соответствии с принятыми параметрами горных работ угол откоса рабочего уступа составляет 70-75°. Уменьшение же угла ведет к увеличению JIHC, уменьшению рабочего борта карьера, соответственно (что касается руды) к уменьшению

а, град

/¡во

/ J! '/ 60 JCT^IOON M

hp-300 IM / J // 40 s Эст-200и M

/ »2.50 мм 20 /

У

Ьст, мм 400 200 0 100 200 300 hp, мм

Рис. 6. Зависимость угла откоса уступа от ширины ступеньки бет и глубины резания Лр

комбайна

объемов подготовленных запасов и сокращению рабочих площадей для самого комбайна. В случае работы со снятой защитной плитой, ширина ступеньки Ьст сокращается до 10-15 см. Тогда угол откоса при максимальной глубине резания для 5М-2600 составляет соответственно 60-68°, что близко к требуемому. Однако, процедура скятия плиты требует времени, что снижает производительность комбайна.

Вместе с тем, необходимо заметить, что конструктивные параметры других, более мощных комбайнов фирмы \Virtgen, позволяют формировать более круглые углы за счет большей глубины резания. Так, ЭМ-ЗООО имеет глубину резания Ир = 400 мм, 5М-3500 - Ьр=560 мм. Соответственно формируемый угол откоса при таких высотах ступенек составит для БМ-ЗООО при В=200 мм - 63°, для БМ-3500 - 75°.

Таким образом, в ходе экспериментов практически установлено, что по мере понижения забоя комбайном может быть сформирован ступенчатый откос вышележащего уступа с углом до 68°. Такая величина угла откоса уступа может быть достигнута за счет отработки смежных с ступенчатым откосом заходок с максималь-

к

|| ч |||| |ц и

111 м N111 11111 4\516ШЭ

Ж

41

-V

А-А

7

"I Г I I г^ ____

Рис. 7. Схема отработки при челночном движении комбайна

ной (для комбайна 2600-8М) глубиной фрезерования - 25 см с формированием ступенек высотой 25 см и шириной 10 см. Данная величина откоса формируемого комбайном ступенчатого уступа позволит эффективно провести буровзрывные работы на вышележащем вскрышном уступе. Таким образом, технология горных работ с применением комбайна 2600-8М совмещается по вскрыше с традиционно используемой технологией на карьере тр. "Юбилейная".

Технологически робота фрезерных комбайнов возможна параллельными заход-ками (челночная), по кругу или спирали (круговая), комбинированная (челночно-круговая). По челночной схеме (рис.7) движение комбайна возможно вдоль забоя и поперек забоя. Преимуществом челночной схемы является возможность работы на блоках, ограниченных в размерах, минимальная ширина рабочих площадок,

1 п

и

11

I I п и-ц.

ггттг

А-А

41

7

и

РЭ45

125 4

Рис.8. Отработка горизонтов при челночно-круговом движении комбайна

независимая работа нескольких комбайнов на одном блоке. К недостаткам челночной схемы следует отнести значительные потери рабочего времени на перегоны к месту проведения очередной заходки или на маневры (разворот).

Время маневров комбайна для установки на очередную заходку составляет 5,17 мин. За это время при движении холостым ходом при скорости 20-30 м/мин. комбайн проделает путь длиной 105-155 м при среднем - 130 м. Исследования показывают, что производительность комбайна при работе по челночной схеме возрастает - с увеличением длины блока. Обработка экспериментальных и теоретических исследований показывает, что при длине блока менее 130 м целесообразно перегонять комбайн холостым ходом на очередную заходку, а при длине блока 130 м - использовать разворот. Следует учитывать, что радиус разворота комбайна 2600-БМ составляет 12,5 м, поэтому длина блока при работе по челночной схеме с учетом маневров и параметров комбайна должна составлять 155 м, а минимальная ширина 25 м при полном развороте и 15 м при развороте по тупиковой схеме.

Преимуществами кольцевой схемы являются минимальные потери рабочего времени, а, следовательно, максимальная производительность комбайна, ввиду уменьшения количества маневров (рис.8). К недостаткам следует отнести увеличение параметров разрабатываемого блока и ширины рабочей площадки. Кроме этого, кольцевая схема возможна при наличии пионерного блока, проведенного по челночной схеме, т.е. работа комбайна в целом предусматривает комбинированную технологию разработки.

Пионерный блок может иметь различную форму в зависимости от рабочей зоны. По комбинированной схеме минимальная ширина пионерного блока должна быть не менее 25 м, обеспечивая полный разворот комбайна и его дальнейшую работу по спиральной схеме. Длина блока должна быть определена исходя из максимальной производительности комбайна в течение смены.

Для разработки блока шириной 25 м комбайн проходит 10 заходок. Результаты расчетов и анализ экспериментальных исследований позволили установить зависимость сменной производительности комбайна от длины пионерного блока. Установлено, что с увеличением длины пионерного блока сменная производительность комбайна уменьшается. Минимальная длина блока обеспечивает скорейший переход на спиральную схему и максимальную производительность в течение смены по комбинированной схеме.

Максимальная длина блока для условий тр." Юбилейная", при которой целесообразно переходить на кольцевую схему работы составляет 140 м. Блок длиной 140 м и шириной 25 м отрабатывается по челночной схеме в течение 5 часов 43 минут, т.е. не более половины сменного рабочего времени.

При работе комбайна с транспортными средствами длину блока следует принимать кратной расстоянию, ка котором происходит полная загрузка автосамосвала. Так, время загрузки автосамосвала БелАЗ-548 (40 т) составляет 3,5 мин. За это время комбайн проделает путь длиной 35 м. Следовательно, минимальная длина блока, обеспечивающая максимальную производительность в течение смены при работе комбайна в навал составляет 25 м, при работе транспорта с автосамосвалами БелАЗ-548 - не менее 35 м, но кратной длине, на которой происходит полная загрузка транспортного средства.

При разработке месторождений возможны различные параметры рабочих зон карьеров. Формирование рабочей зоны производится, исходя из производительности карьера в соответствии с природными условиями. Производительность тр. Юбилейная по руде составляет 10 млн.т/год или 4,5 млн.м3/год. Такая производительность по руде может быть обеспечена шестью комбайнами 2600 ЭМ. При условии, что в работе находятся два добычных уступа, рабочая площадь по руде в течение года составит 150 тыс.м2, т.е. каждый комбайн отрабатывает 25 тыс.м .

Максимальная производительность комбайна достигается при комбинированной схеме работы. Поэтому необходимо определение длины пионерного блока в конкретных условиях для каждого комбайна. Минимальная ширина пионерного

-л ,

блока составляет 2Ип. По спиральной схеме развитие рабочей зоны равномерно

2

возрастает по длине и ширине до Б = 25 тыс.м .

Ширина рабочей площадки тр. "Юбилейная" составляет 60 м. При работе по комбинированной схеме длина пионерного блока составит 380 м, отрабатываемого блока Ьбл = 415 м. Длина рабочей зоны для трех комбайнов на каждом горизонте составит 11245 м. При работе на трех уступах рабочая площадь для каждого комбайна составит Б = 16100 м , длина пионерного блока Ьбл.п - 230 м, длина отрабатываемого блока - 265 м.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БЕЗВЗРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ КИМБЕРЛИТА НА КАРЬЕРЕ ТРУБКИ "ЮБИЛЕЙНАЯ" ПОСЛОЙНЫМ ФРЕЗЕРОВАНИЕМ

В период с сентября по декабрь 1993 года на карьере "Юбилейный" проводились опытно-промышленные работы по отработке одинаковых участков рудного тела традиционным буровзрывным и механическим рыхлением с помощью комбайна БМ-2600.

В период выполнения экспериментальных работ эксплуатация комбайна осуществлялась в оптимальном режиме. Для работы комбайна была выбрана рабочая площадка на горизонте 530 м с размерами в плане 80 м х 160 м. Подача автотранспорта под загрузку комбайном осуществлялась бесперебойно и практически простои комбайна из-за его отсутствия были полностью исключены.

На данном этапе была осуществлена отработка контрольного блока буровзрывным способом, произведена переработка подготовленной руды на обогатительной фабрике N8 и получена партия алмазной продукции. Для получения статистически однородных оценок и физико-механических свойств руды, контрольный блок располагался строго под опытным, отработанным ранее комбайном.

Взрывание контрольного блока было осуществлено в два этапа. При планировании взрыва контрольного блока принимались типовые параметры буровзрывных работ. Сетка скважин на контрольном блоке составила 6x6 м.м, удельный расход -0,645 кг/м3.

Для производства взрывных работ на контрольном блоке было израсходовано 50144 кг ВВ, в том числе по типам: граммонит 79/21 - 7600 кг; гранулит АС-8 39520кг; гранулит АС-4В - 3024 кг. Взорванный объем кимберлитовой руды составил 77,7 тыс.м3.

Отгрузка руды с контрольного блока осуществлялась экскаватором ЭКГ-12,5. Руда с контрольного блока карьера "Юбилейный" вывозилась на рудный склад 40 и 75-тонными автосамосвалами.

В период проведения экспериментальных работ была осуществлена оценка гранулометрического состава руды, получаемой при механическом рыхлении и буров-

зрывных работах. Анализ представленных кривых показывает, что при механическом рыхлении руды отмечается недостаточный выход крупной фракции +100 мм, необходимой для эффективной работы мельниц самоизмельчения. Конструкцией комбайна и методикой его испытаний предусматривается работа комбайна с увеличенным шагом расстановки резцов на рабочем барабане. Следует ожидать, что при этом должен существенно увеличиться выход фракции +100 мм.

Применение мобильного выемочно-погрузочного комбайна 8М-2600 непрерывного действия позволяет заменить несколько технологических операций, выполняемых при традиционном буровзрывном способе добычи кимберлитовой руды. При использовании комбайна на добыче руды можно полностью исключить следующие технологические процессы: бурение, заряжение, взрывание и экскавацию. Отпадает необходимость ведения буровзрывных работ, а вместе с тем сокращается численность буровых станков, зарядного оборудования, экскаваторов и в целом уменьшается численность работающего персонала.

Анализ результатов исследований сохранности кристаллов проведенных эксперимехов по безвзрывной технологии отработки кимберлитовых руд показал, что выход размерно-весовых групп алмазов имеет стабильный характер и определяется повышенной долей нижних классов при взрыве и наоборот крупных алмазов при фрезеровании комбайнами. Граница перехода определяется классом 1.72 мм и средним весом одного кристалла 0.0793 мг.

Это дает основание сделать вывод о наличии при взрыве техногенного разрушения алмазов и перехода их ввиде обломков и осколков в более низкие размерно-весовые группы. Это подтверждается также и распределением средних цен за один харат, которое имеет обратную картину. При комбайновой добыче они выше в нижних классах. Такое распределение цен подтверждает, что при взрывах повреждаются алмазы, имеющие повышенную макродефектность (включая трещины, пластические деформации, коричневый цвет), алмазы с сильным внутренним напряжением и с низким содержанием азота. При этом алмазы с "правильным" кристалло-морфологическим обликом и внутренним строением достаточно стабильны при обеих технологиях.

Таким образом разрушение кимберлитовых руд фрезерными комбайнами обеспечивает повышение сохранности алмазов на 7-10%, что подтверждается большим выходом наименее прочных кристаллов и бесцветных с высоким напряжением.

Результаты сравнения рассматриваемых способов добычи кимберлитовой руды по удельным затратам представлены в таблице 2.

Анализ таблицы показывает, что удельные затраты по горным переделам при добыче руды комбайном ниже, чем при традиционном способе. При переработке кимберлитовой руды добытой комбайном удельные затраты электроэнергии на самоизмельчение несколько выше, чем при самоизмельчении руды, добытой взрывным способом. Однако, в случае подачи в мельницу самоизмельчения крупнокуско-

Таблица 2

Расчет экономической эффективности

Наименование затрат Базовый вариант "Комплекс БВР" Вариант комбайн, выемки 2600ЭМ

1. Капитальные затраты, тыс-долл!тыс.руб. 2793,75/223500 2378,75/190300

2. Эксплуатационные затраты в расчете на 1 млн.т добычи (при крепости Н> и плотности кимберлита р- 2,4 т/м3), тыс. долл. США тыс.руб. 1930 154710 1820 145790

3. Приведенные затраты, тысдолл/тыс.1¡уб. 2350/188230 2180/174340

4. Суммарные удельные приведенные затраты, долл!т руб/т 0,979 78,43 0,908 72,64

5. Удельная эффективность без учета сохранности кристаллов, долл!т руб. /т - 0,071 5,79

б. Эффективность в расчете на 1 млн.т, тыс. долл. тыс. руб. : 71,0 5790,0

7. Прибыль от повышения сохранности кристаллов в расчете на 1 млн.т, тыс. долл тыс.руб - 250 20000

8. Эффективность с учетом прибыли от повышения сохранности кристаллов в расчете на 1 млн.т добычи, тыс. долл тыс. руб. - 321 25790

вой фракции - дробящих тел из разрыхленного взрывом массива - разница в удельных затратах энергии на измельчение будет минимальной. Исходя из вышеизложенного следует, что стоимостные затраты на добычу руды комбайном 5М-2600 будут ниже, чем при традиционном (буровзрывном) способе добычи за счет сокращения численности рабочего персонала и количества технологического оборудования.

Кроме изложенного выше, использование механического способа добычи руды позволит получить следующие преимущества в целом при отработке карьера.

1. Отпадает необходимость ведения буровзрывных работ на рудных горизонтах и сократится объем потребления ВМ.

2. Улучшится экологическая обстановка в районе карьера, снизятся простои карьера.

3. Будет исключено отрицательное влияние массовых взрывов на отстраиваемые уступы карьера, что обеспечит возможность их отстройки под более крутыми углами с увеличением объемов выемки руды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате научных исследований в диссертации решена новая научная задача - создание безвзрывной технологии разработки кимберлитов фрезерными комбайнами, основанной на установленных зависимостях параметров послойного фрезерования от природных условий коренных месторождений алмазов, технических и технологических параметров оборудования и рабочей зоны карьера, позволяющих повысить сохранность кристаллов алмазов и сбережение ресурсов.

Основные научные и практические результаты работы:

1. Использование традиционной технологии разработки кимберлитов коренных месторождений алмазов, включающих буровзрывную подготовку горных пород к выемке, приводящей к потерям около 10% кристаллов алмазов и их качества.

2. Применение безвзрывной технологии разработки кимберлитов фрезерными комбайнами позволяет исключить потерю и разрушение кристаллов алмазов взрывной нагрузкой, исключить в технологическом процессе добычи кимберлитов -бурение, заряжание и экскавацию, стадию крупного дробления на обогатительной фабрике, обеспечить непрерывную выемку в рабочей зоне карьера и исключить влияние массовых взрывов на массив бортов карьера, что обеспечивает возможность их отстройки под более крутыми углами, а, следовательно, увеличения объемов выемки руды.

3. Производительность фрезерного комбайна снижается с увеличением прочности кимберлита и уменьшением трещиноватости массива и увеличивается с увеличением рабочей скорости перемещения по фронту и глубины фрезерования. Оптимальная длина блока фрезерования находится в пределах 200-300 м, независимо от толщины стружки и скорости перемещения комбайнов по фронту.

4. Областью эффективного применения разработки горных пород фрезерными комбайнами с горизонтальной фрезой являются горные породы с пределом прочности на сжатие от 15 до 80 МПа.

5. Для условий карьеров Якутских месторождений алмазов оптимальными параметрами технологи и разработки кимберлитов фрезерными комбайнами являются: при зарезке нового слоя глубина фрезерования - 60% от максимальной глубины резания; минимальная длина блока при челночной схеме работы 140 м (кратной длине загрузки самосвала), минимальная ширина блока 25 м.

Эффективное расстояние, на котором производится полная загрузка самосвала (БелАЗ-548 ) при оптимальных параметрах глубины фрезерования и рабочей скорости перемещения, составляет 35 м. Угол откоса уступа, формируемого при использовании фрезерного комбайна SM-2600, без специальных мероприятий, составляет 45°. При максимальной глубине слоя фрезерования 25 см и шириной оставляемой ступеньки по конструктивным особенностям комбайна 10 см, может быть достигнут угол 68°; при использовании комбайна с большей глубиной фрезерования этот угол может быть увеличен до 75°.

Производительность фрезерного комбайна SM-2600 на карьере трубки "Юбилейная" при оптимальных параметрах разработки кимберлита составляет при погрузке в автотранспорт 1700-1800 м3/см. При погрузке в штабель - 2100-2200 м3/см (ТСм=12 час) в год с учетом климатических простоев до 650-840 тыс.м3/час.

6. Экономический эффект от внедрения безвзрывной технологии разработки кимберлитов на карьере трубки "Юбилейная" в расчете на I млн.т добычи составляет 321 тыс. долларов (25790 млн. руб).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 ."Опыт проектирования кимберлитовых карьеров Якутии" Сб. докладов Международного симпозиума Мирный-91, "Проблемы разработки глубоких карьеров" Мирный-Удачный 1991.

2. Луцишин C.B., Анистратов К.Ю., Хартманн Г. "Комбайн непрерывного действия SM- 2600 на карьеретр."Юбилейная " АК "Алмазы России- Саха". В журнале "Горная промышленность", N 1, 1994 г., с.8-9.

3. Луцишин C.B., Анистратов К.Ю. "Исследование эксплуатационных характеристик комбайна постойного фрезерования SM-2600 фирмы "W1RTGEN" на карьере тр. "Юбилейная". Сб. докладов Международной конференции по открытым горным, земляным и дорожным работам. Москва 1994 г., с. 51-57.

ф Введение.

ГЛАВА 1. Анализ особенностей технологии разработки коренных месторождений алмазов якутии. цель и задачи исследований

1.1 Анализ природных и горно-геологических условий разработки коренных месторождений алмазов.

1.2 Анализ особенностей технологии ведения горных работ при разработке коренных месторождении алмазов.

1.3 Обзор научно-исследовательской литературы, посвященной вопросам добычи и подготовки руд к обогащению

1.4. Краткий обзор безвзрывных кристаллосберегающих способов подготовки кимберлитов к выемке.

1.5. Цель, задачи и методы исследования.

ГЛАВА II. Анализ существующего и перспективного ф оборудования непрерывного действиядля безвзрывной технологии разработки кимберлитовых руд

2.1. Современные тенденции развития техники для открытых горных работах за рубежом.

2.2. Добычные комбайны послойного фрезерования типа CSM с центральным креплением рабочего органа.

2.3. Анализ опыта работы фрезерных комбайнов фирмы "WIRTGEISr.

2.4. Анализ моделей фрезерных комбайнов типа CSM фирмы "HURON".

2.5. Анализ добычных комбайнов послойного фрезерования с передним расположением рабочего органа.

2.6. Анализ роторных комбайнов бесстреловой конструкции с рабочим органом ковшового типа.

2.7. Анализ стреловых фрезерных комбайнов для открытых горных работ.

2.8. Обоснование типа комбайна для безвзрывной ф технологии добычи кимберлитовых руд.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. Исследование зависимостей параметров комбайнов непрерывного действия отприродных условий разработки месторождения

3.1. Классификация комбайнов непрерывного действия.

3.2. Зависимость производительности комбайнов от прочностных свойств горных пород.

А 3,3, Зависимость производительности комбайнов от параметров горных работ.

3.4, Область рационального использования комбайнов в различных по прочности крепких породах.

Выводы по главе

ГЛАВА IV. Экспериментальные исследование процесса разрушения, экскавации и погрузки в средства траспорта Фрезерными комбайнами

4.1. Выбор объекта исследований.

4.2. Экспериментальные исследования процесса разрушения кимберлитов комбайном фрезерного типа.

4.3. Определение рациональной глубины фрезерования массива кимберлитов для комбайна SM-2600.

4.4. Формирование откоса уступа комбайном SM-2600.

Ai 4.5 Исследование параметров горных работ при использовании фрезерных комбайнов. на карьерах коренных месторождений алмазов

4.6. Исследование технологических схем отработки горизонтов при использовании фрезерных комбайнов.

4.7 Исследование технологии ведения горных работ фрезерными комбайнами в зависимости от параметров рабочей зоны карьера.

Выводы по главе.

ГЛАВА V. Оценка эффективности безвзрывной технологии разработки кимберлитовых руд

5.1. Экспериментальное исследование процессов взрывной и безвзрывной выемки кимберлитов.

5.2. Сравнительная оценка взрывной и безвзрывной выемки руды по обогатимости.

5.3 Анализ сохранности кристаллов алмазов при комбайновой добыче.

5.4 Определение экономической эффективности применения А комбанов непрерывного действия типа CSM на карьерах

АК"Алмазы России-Саха".

Выводы по главе.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Проблема изыскания высокопроизводительных технологий разработки кимберлитовых месторождений, обеспечивающих полное извлечение из недр полезного ископаемого при обеспечении сохранности природной целостности и ценности кристаллов алмазов является актуальной. В настоящее время разработка этих месторождений Якутии производится с помощью буровзрывной технологии подготовки кимберлита и выемки одноковшовыми экскаваторами, при которой значительная часть особенно крупных алмазов подвергается разрушению. Это ведет к снижению качества кристаллосырья и его потребительской стоимости.

Природные условия Якутских кимберлитов характеризуются объемным весом 2,3-2,6 т/м3, сильной и средней трещиноватостью, прочностью на одноосное сжатие от 2 до 90 МПа, сопротивлением резанию от 10 до 46 МПа, модулем упругости от 300 до 1100 МПа. Опыт разработок Якутских месторождений показал возможность механического рыхления кимберлитов бульдозерно-рыхлительными агрегатами. Однако, его широкое применение ограничено зонами с повышенной трещиноватостью и пониженной прочностью. Одновременное применение буровзрывной технологии и механического рыхления на небольших по площади рудных горизонтах создает большие трудности и снижает производственную мощность карьера.

В настоящее время в промышленном и дорожном строительстве при разработке плотных и полускальных пород применяются комбайны с рабочим органом, позволяющим производить разработку массива слоями путем фрезерования.

Принцип работы этих машин и диапазон свойств разрабатываемых горных пород позволяет предположить его эффективное применение для высокопроизводительной безвзрывной разработки кимберлита с целью сохранности природной целостности кристаллов алмазов. Однако, отсутствие исследований в этой области и малого опыта их применения на горных предприятиях делают актуальными исследования эффективности добычных работ на алмазных месторождениях с помощью фрезерных комбайнов и определении оптимальных параметров технологии горных работ на карьерах.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является создание безвзрывной технологии разработки кимберлитов механическим разрушением массива путем послойного фрезерования и научное обоснование ее параметров.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в использовании фрезерных комбайнов непрерывного действия на карьерах для безвзрывной кристалл о сберегающей разработки кимберлитов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ включают анализ научных исследований и практики в области механического разрушения горных пород, изучение физики разрушения резанием, аналитические исследования, экспериментальные исследования фрезерования кимберлитов в производственных условиях, технико-экономическое обоснование безвзрывной технологии горных пород,

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, разработанные лично соискателем:

1. Разработка кимберлитовых руд механическим разрушением породы путем фрезерования обеспечивает наибольшую эффективность добычных работ вследствие повышения сохранности кристаллов.

2. Производительность фрезерования зависит от прочности кимберлитов, трещиноватости массива и параметров фрезерования. Максимальная производительность фрезерных комбайнов в кимберлитах прочностью на одноосное сжатие 35-60 МПа обеспечивается при глубине фрезерования 0.5-0.6 максимальной глубины резания. Для SM-2600 оптимальная глубина фрезерования составляет 140-150 мм.

3. Оптимальными параметрами технологии послойной выемки кимберлитов путем фрезерования на карьерах коренных месторождений алмазов являются: угол откоса уступа, формируемого из слоев при существующей конструкции комбайна - 68°, минимальная длина блока -140 м, ширина - 25 м.

4. Механическое разрушение кимберлитов послойным фрезерованием комбайнами непрерывного действия позволяет повыси ть сохранность кристаллов алмазов по сравнению с взрывным способом разрушения на 15-20%.

НАУЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ состоит в установлении зависимостей параметров технологии послойного фрезерования комбайнами непрерывного действия от природных условий коренных месторождений алмазов.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ заключается в разработке технологии добычных работ на коренных месторождениях алмазов фрезерными комбайнами и создании инженерного метода расчета ее параметров в конкретных горногеологических условиях,

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ, сформулированные в диссертации, подтверждаются:

- сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований в производственных условиях;

- применением современных методов исследований: аналитического, графического, технико-экономического анализа, экспериментальных исследований в производственных условиях.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1."Опыт проектирования кимберлитовых карьеров Якутии" Сб. докладов Международного симпозиума Мирный-91, "Проблемы разработки глубоких карьеров" Мирный-Удачный 1991.

2. Луцишин С.В., Анистратов К.Ю., Хартманн Г. "Комбайн непрерывного действия SM- 2600 на карьере тр."Юбилейная " АК "Алмазы России- Саха". В журнале "Горная промышленность", N 1, 1994 г., с.8-9.

3. Луцишин С.В., Анистратов К.Ю. "Исследование эксплуатационных характеристик комбайна послойного фрезерования SM-2600 фирмы "WIRTGEN" на карьере тр. "Юбилейная". Сб. докладов Международной конференции по открытым горным, земляным и дорожным работам. Москва 1994 г., с. 51-57.

Л ИТ Е РАТУР А

1.Алмазные месторождения Якутии. Под редакцией акад.Соболева В.С.-М.: Гос.науч.-технич.издательство по геологии и охране недр, 1959.

2.Милашев В.А.Кимберлитовые провинции. Л.: Недра, 1974 - 238 с.

3.Милашев В.А. Трубки взрыва.- Л.:Недра, 1984 - 264 с.

4.Справочник по климату СССР, вып.24, 4.8. Температура почвы. б.Потатуева Т.В., Базавлук В.А. Формирование деятельного слоя и влияние его на устойчивость дорог в условиях Якутии.// В сб. Исследование транспортных сооружений.-Томск, 1982,36с,

6.Валуев Е.П.,Глозман Г.Р. Особенности устойчивости бортов глубоких карьеров в многолетнемерзлых породах// Горный журнал,-1988,-N 7.-с.45-46.

7.Методическое пособие по определению углов откосов уступов и углов наклона бортов карьера, сложенных многолетнемерзлыми породами.-Л., ВНИ-МИ, 1972. Якутск, 1975, 570 с.

8.Изучение вторичных минералов кимберлитовых пород трубок "Удачная" и "Сытыканская" с целью разработки принципов их геолого-технологической классификации: Отчет о НИР (закл.)/ЯОКИ ЦНИГРИ; Руководитель Н.П.Зин-чук,-Мирный,1984.- 1984.-235 с,

9.Изучение вторичных минералов кимберлитов глубоких горизонтов тр."Удачная" (опорный горизонт 115 м) с целью повышения эффективности обогащения; Отчет о НИР (закл.) ЯОКИ ЦНИГРИ; Руководитель Н.П.Зинчук,-Мирный, 1987.-139С.

10.Обосновать геолого-технологическую классификацию руд трубок "Удачная", "Сытыканская" для повышения эффективности существующих и разработки новых способов обогащения алмазосодержащего сырья: Отчет о НИР (закл.) /"Якутнипроалмаз"; Руководитель З.В.Специус.- NTP 81034282,- Мирный, 1984,- 1 книга -82 е.- 2 книга -132 с.

11.Изучить вещественный состав кимберлитов глубоких горизонтов тр,"Удачная"(опорный горизонт 115 м) и особенности распределения алмазов с целью повышения эффективности обогащения: Отчет о НИР (закл.); Руководитель З.В.Специус.- NTP 01850048988; Hhb.N 3448,- Мирный 1987.-105 с. ДСП.

31. Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ.- М.; Недра, 1984,-287 с.

33.Уркин Н.Н, Обоснование параметров и технология доработки глубоких карьеров алмазоносных месторождений Якутии в этапных контурах. Дисс.канд.техн.наук.- М., МГРИ, 1989.

34.Уркин Н.Н. Новый способ доработки крутопадающих залежей полезных ископаемых, //В сб."Совершенствование разработки глубокозалегающих россыпных месторождений,-Якутск, 1988.

35.Александров И.Н. Основные взаимосвязи скоростей развития горных работ при отстройке бортов карьера с наклонными предохранительными бермами. // В сб. Проектирование открытой разработки месторождений,- Л,-ЛГИ, 1984, с.75-79%

36.Андросов А.Д. Возобновление добычных работ при реконструкции глубоких карьеров. Цветная металлургия, N 5, 1987, с. 14-17, 37.Рассудов А.В. Создание технологии добычных работ на карьерах коренных месторождений алмазов с использованием предварительного разупрочнения кимберли-тов.Дис.,,канд.техн.наук.-М., МГРИ, 1991.

38.Степанов В.А. Исследование технологии отработки крутопадающих залежей этапами. Автореф. дисс.,,канд.техн.наук.- М., МГИ, 1973.

ЗЭ.Гомелаури Г.Г. Оптимизация параметров выемочно-погрузочных работ на карьерах коренных месторождений алмазов с учетом природно-климатиче-ских условий Якутии. Дис. канд.техн.наук.- М., МГРИ, 1986.

40.Андросов А.Д. Разработка рациональных методов ведения горных работ при реконструкции карьеров Западной Якутии. Автореф, дисс. канд.техн,наук.- Свердловск, 1984.

41.Александров И.Н. Совершенствование схем вскрытия и способов отстройки бортов карьеров, разрабатывающих кимберлитовые трубки. Дисс. . канд. техн. наук.-Л., ЛГИ, 1984.

42.Анистратов К.Ю. Формирование схем вскрытия рабочих горизонтов глубоких карьеров с ограниченными размерами в плане. -Дисс.канд. техн. наук,-М., МГИ, 1985.

43.Беляков Н.Н. Исследование и разработка способов вскрытия коренных месторождений алмазов.-Дисс.канд. техн. наук.- М.: МГИ, 1982.

44.Потапова Е.А. Обоснование организационно-технологических схем работы автотранспорта при разработке кимберлитовых месторождений Крайнего Севера. Автореф. дисс.канд. техн.наук,- М., МГИ, 1986.

45.Усачев В.М. Разработка метода оптимизации параметров процессов взрывного дробления и самоизмельчения кимберлитов при открытой разработке коренных месторождений алмазов. Автореф. Дисс.канд.техн.наук,- М., МГРИ, 1988.

46.Файнблит М.А. Обоснование эффективной схемы транспорта на глубоких кимберлитовых карьерах Крайнего Севера. Дисс. канд.техн.наук,- Днепропетровск, 1986.

47.Юрин Н.Н. Создание технологии отработки этапами крутопадающих рудных месторождений с крутыми углами откосов бортов карьеров. -Дисс.канд. техн. наук.- М.- МГРИ, 1989.

48.Анистратов Ю.И. Теория вскрытия карьеров и рекомендации по вскрытию Саамского карьера и карьера тр."ХХ111 Партсьезда" .- М.: МГИ, 1978.

49.Попов В.С.Технология отработки кимберлитовых трубок системами с открытым выработанным пространством. // Совершенствование технологии подземной разработки россыпных и рудных месторождений Севера.- Якутск, ИГД Севера, 1987, с.99-104.

50.Новожилов М.Г., Маевский A.M.Бондарь С.А., Дриженко А.Ю. Технологические параметры глубоких карьеров.- М.: Недра.- 1982,- 175 с.

51.Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть2. Технология и комплексная механизация,- М.: 1985, 549 с.

52.Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых разработок." М.: Недра, 1980, 631 с.

53.Галкин В.А. Технологические основы проектирования и планирования грузопотоков на рудных карьерах с автомобильным транспортом,-Дисс.докт. техн. наук.- Магнитогорск,- 1987.

54. Поплавский В.А. Влияние параметров скважинных зарядов на удельный объем повреждаемости кристаллов//Колыма,- 1983.- N 12,- с. 17-19.

55.Исследовать, разработать и внедрить безопасную технологию и параметры БВР в сложных гидрогеологических условиях с целью оптимизации процессов добычи и переработки горной массы на карьерах объединения "Якуталмаз": Отчет о НИР /"Якутнипроалмаз",- 23-84-379,- Руководитель И.Ф.Бондарен- ко.- Nr.p. 01840045975-Мирный, 1986.

56.Стороженко Е.Л. Снижение повреждаемости ценного кристаллосырья при взрывной отбойке вмещающей породы //в сб. Разрабокта рудных место-рождений.- Киев , 1982. -с. 44-49.

57.Стороженко Е.Л. Влияние параметров взрывного импульса на сохранность кристаллосырья при взрывном разрушении кристаллосодержащих руд // в сб. Разрабокта рудных месторождений,- Киев , 1988. -с. 38-42.

58.Галаджий Ф.М., Поплавский В.А., Плужник В.И. и др. Взрывная отбойка пород в "щадящем" режиме. // В сб. Разработка технологии добычи и переработки руд благородных и редких металлов,- Иркутск. Иргиредмет, 1977. -с. 90-95.

59.Неганов В.П., Скрипка В.А. Разрушаемость кристаллов высокоценных минералов при взрывной отбойке. // В сб. Разработка технологии добычи и переработки руд благородных и редких металлов.- Иркутск. Иргиредмет. 1977, -с. 13-19.

60.Власов В.М. Исследование критериев и обоснование оптимальной кус-коватости при дроблении трещиноватых массивов, обеспечивающей эффективную взаимосвязь процессов добычи и рудоподготовки. -Дисс.,.канд. техн. наук,- Якутск, ИГДС, 1984.

61.Изучение трещиноватости, гранулометрического состава, прочностных свойств кимберлитов и вмещающих пород средних горизонтов тр."Удачная": Отчет о НИР /Иргиредмет; Руководитель В.А.Намолов,- NTP 80062600; Инв.Ы 1822.-Иркутск, 1980,- 28с. ДСП.

62.Бондаренко И.Ф. Обоснование и разработка эффективных способов ведения взрывных работ в рассолонасыщенных горных массивах. -Дисс.канд. техн. наук.- Днепропетровск - 1987,

63.Исследовать динамические свойства, энергопоглощаемость, свойства ВВ и разработать рекомендации по рациональному использованию энергии взрыва при дроблении горных пород: Отчет о НИР/ Якутнипроалмаз; рук. Шебаршов А.А. - N гр 81050089.- Мирный 1984.

64.Белкин Е.Н., Нефедьева Л,М., Никитин В.П. Комплексная оценка физических свойств кимберлита // В кн. Разработка технологии добычи и переработки руд благородных и редких металлов. Научн. тр. Вып. 31 / Иргиредмет. Иркутск, 1977, с. 26-29

65. Ревнивцев В.И. О рациональной организации процесса раскрытия минералов в соответствии с современными преставлениями физики твердого тела// В кн.: Совершенствование процесса подготовки руд к обогащению.-М.-Л., 1975.- с.149-153, 66. Яшин В,П., Костин И.М., Савичева Е.С. К вопросу о повышению общей эффективности рудоподготовки за счет оптимизации параметров взрывной отбойки.//Обогащение pyfl.-1983.-N 2.- с.3-7.

67. Ефремов Э.И., Дурнев В.Ф., Малюта Д.И. и др. Выбор типа ВВ в зависимости от условий взрывания//В сб. Взрывное дело.- N 70/27.- М., 1971.- с. 138-147. .

68. Теория и практика открытых разработок /Под редакцией Мельникова Н.В.-М.: Недра. 1979.- 636 с.

69. Справочник по открытым горным работам. М., 1994.

70. Барон Л.И., Фугзан М.Д., Маркензон Э.И. Опыт комплексного исследования сопротивления горных пород разрушению при добывании.-М.-Л.; Изд-во АН СССР, 1963.

71. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород.- М.; Наука, 1975.-212 с.

72. Вайсберг В.М., Костин И.М., Лозовская И.А. и др. Интенсификация взрывной отбойки - повышение эффективности рудоподготовки.//Обогащение руд.- 1985.- N 4,- с.2-4.

73. Демидюк Г.Н. Пути улучшения кусковатости при взрывной отбойке полезных ископаемых.- Взрывные работы,- М.: Госстройиздат, 1960, с.51-57.

74. Альтшулер В.М. Направления исследований в области ресурсосберегающей технологии на карьерах,- Ресурсосберегающая технология разработки недр.- М.: Недра, 1987.- с.3-6.

75. Степнов Н.А., Чевкин А.И. О влиянии раскрытости трещин в среде на разрушение ее взрывом// В сб.: Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1968,- N 3.- с,53-60.

76. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам .-М.: Недра, 1982.-424 с,

77. Ржевский В.В. Открытые горные работы. 4.1. Производственные процессы,- М.; Недра, 1985,- 610 с.

78. Покровский Г.И. Взрыв.- М.: Недра, 1973.- 183 с.

79. Кузнецов В.М. Математические модели взрывного дела.- Новосибирск: Наука, 1977.- 105 с.

80. Мосинец В.Н. Дробящее и систематическое действие взрыва 8 горных породах,- М.: Недра, 1976.

81. Основы теории и методы взрывного дробления горных пород/Под ред. В.М.Комира,- Киев, 1979.-224 с. 82. Кутузов Б.Н., Рубцов В.К. Физика взрывного разрушения горных пород.- М.: МГИ, 1970,- 177 с.

83. Машуков В.И, Действие взрыва на окружающую среду и способы управления им,- М.: Недра, 1976.- 248 с.

84. Барон Л.И., Личелли Г.П. Трещиноватость горных пород при взрывной отбойке.- М.: Недра, 1973.- 133 с.

85. Рубцов В.К. Методика расчета параметров БВР на получение заданной кусковатости.- М.: ЦНИГРИ, 1968.- 22 с.

86. Друкованный М.Ф.,Тартаковский Б.Н. и др. Влияние дробления пород на эффективность технологических процессов открытой разработки.- Киев:

Наукова думка, 1974. 87. Репин Н.Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород угольных разрезов.- М.: Недра, 1978.

88. Мец Ю.С., Шварцер В.Я., Гонтаренко П.А., Ганич Т.Н. Влияние интенсивных взрывных нагрузок на технологические свойства железистых кварци-тов//Обогащение руд.-1981-NI.- с.5-7.

89. Фадцеенков Н.Н. Управление кусковатостью и энергозатратами при взрывной подготовке руды// Обогащение руд.- 1983.- N 6.- с.3-5.

90. Бадуков В.А,, Маляров И.П., Минченков А.В., Тогунов Ю.В. Анализ промышленных взрывов на основе многофакторного метода//ФТПРПИ,-1982.- N 3,- с.46-50.

91. Фадденков Н.Н., Труфакин Н.Е. К оценке энергозатрат на взрывное разрушение руды//Обогащение руд.- 1982.- N 5.- с. 8-10.

92. Баранов Е.Г. Пути интенсификации процессов отбойки, дробления и измельчения железных руд //Горный журнал.- N 8.- 1982,- с.40-42.

93. Яшин Р.П., Костит И.М. Управление гранулометрическим составом и сопротивляемостью разрушению при рудо подготовке - важнейший резерв повышения эффективности горно-обогатительных производств//В кн. Основные направления развития техники и технологии обогащения полезных ископаемых.-Л., 1983.-с. 10-20.

94.Аренс В.Ж., Курицина Л,И., Лохова Т.Д. Исследование возможности химического разупрочнения кимберлитов // Физико технические проблемы разработки полезных ископаемых.- 1983 - N 6 с. 92-95. 95.Анистратов Ю.И. Технология открытой разработки месторождений руд редких и радиоактивных металлов.- М.: Недра, 1988.- 430 с.

96.Исследовать возможность разработки кимберлитовых трубок с использованием методов механического рыхления горного массива: Отчет о НИР (промеж.) /"Якутнипроалмаз"; Руководитель А.Т.Ведин.-23-84-361 П.- Мирный, 1984.

97. Нитроглицериновые пороха марок НМФ, РСИ, РНДСИ, РСТ. Руководящий документ РТ-84-402-7-87,- Изд. п/я В-2138, 1987.

98. Методика сравнительных испытаний и оценки эффективности технологии подготовки кимберлитовых руд при их разупрочнении естественными минерализованными водами на Удачнинском ГОКе (июль-сентябрь 1989 г.)/"Якутнипроалмаз"; Руководитель К.Ю.Анистратов.-Мирный, 1989.

99. "Исследование вопосов комплексного использования Белоучейского местоождения". Отчет о НИР.ИПКОН АН СССР, Москва, 1986.

100. Федулов А.П., Маттис А.Р., Шишаев С,В. и др. К созданию ковшей активного действия карьерных экскаваторов // Физико технические проблемы разработки полезных ископаемых.- 1988 - N 2 с. 61-67.

101. Маттис А.Р., Шишаев С.В. и др. К оценке удельной энергоемкости рабочего процесса экскаватора с ковшом активного действия // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.-1991 - N 4 с. 63-68,

101. Разработать технологию горных работ комбайнами непрерывного действия для карьеров АК "Алмазы России-Саха" /Отчет о НИР ."Якутнипроалмаз" , "Иргиредмет". - г.Мирный. - 1993.

102. Методика и программа испытаний экспериментального образца сменного рабочего оборудования с ковшом активного действия к экскаватору ЭКГ-4,6 на карьерах ПНО "ЯКУТАЛМАЗ". - Якутнипроалмаз, ИГД СО АН СССР -1988 г.

103. Архипов А.В. Сравнение воздействия открытых и подземных рудников на окружающую природную среду //Сб. трудов,: Третий международный симпозиум "Горное дело Арктике".- Санкт-Петербург,- 1994 - с. 137.

104. Шимм Б. Развитие и опыт использования фрезерных машин фирмы Виртген на карьерах. // Сб. трудов.: Третий международный симпозиум по оборудованию ненпрерывного действия . - Прага, -1991 - с.35-47.

105.Технологический регламент на разработку проекта защиты горных работ от подземных минерализованных вод и их исследование на карьере тр."Удачнаяи/"Якутнипроалмаз\- Мирный,- 1987.

106. Разработать технологию горных работ комбайнами непрерывного действия /Отчет о НИР ."Якутнипроалмаз" - г.Мирный. -1994.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате научных исследований в диссертации решена новая научная задача - создание безвзрывной технологии разработки кимберлитов фрезерными комбайнами, основанной на установленных зависимостях параметров послойного фрезерования от природных условий коренных месторождений алмазов, технических и технологических параметров оборудования и рабочей зоны карьера, позволяющих повысить сохранность кристаллов алмазов и сбережение ресурсов.

Основные научные и практические результаты работы:

1. Использование традиционной технологии разработки кимберлитов коренных месторождений алмазов, включающих буровзрывную подготовку горных пород к выемке, приводящей к потерям около 10% кристаллов алмазов и их качества.

2. Применение безвзрывной технологии разработки кимберлитов фрезерными комбайнами позволяет исключить потерю и разрушение кристаллов алмазов взрывной нагрузкой, исключить в технологическом процессе добычи кимберлитов - бурение, заряжание и экскавацию, стадию крупного дробления на обогатительной фабрике, обеспечить непрерывную выемку в рабочей зоне карьера и исключить влияние массовых взрывов на массив бортов карьера, что обеспечивает возможность их отстройки под более крутыми углами, а, следовательно, увеличения объемов выемки руды.

3. Производительность фрезерного комбайна снижается с увеличением прочности кимберлита и уменьшением трещиноватости массива и увеличивается с увеличением рабочей скорости перемещения по фронту и глубины фрезерования. Оптимальная длина блока фрезерования находится в пределах 200-300 м, независимо от толщины стружки и скорости перемещения комбайнов по фронту.

4. Областью эффективного применения разработки горных пород фрезерными комбайнами с горизонтальной фрезой являются горные породы с пределом прочности на сжатие от 15 до 80 МПа.

5. Для условий карьеров Якутских месторождений алмазов оптимальными параметрами технологии разработки кимберлитов фрезерными комбайнами являются: при зарезке нового слоя глубина фрезерования - 60% от максимальной глубины резания; минимальная длина блока при челночной схеме работы 140 м (кратной длине загрузки самосвала), минимальная ширина блока 25 м,

Эффективное расстояние, на котором производится полная загрузка самосвала (БелАЗ-548) при оптимальных параметрах глубины фрезерования и рабочей скорости перемещения, составляет 35 м. Угол откоса уступа, формируемого при использовании фрезерного комбайна SM-2600, без специальных мероприятий, составляет 45°. При максимальной глубине слоя фрезерования 25 см и шириной оставляемой ступеньки по конструктивным особенностям комбайна 10 см, может быть достигнут угол 68°; при использовании комбайна с большей глубиной фрезерования этот угол может быть увеличен до 75°

Производительность фрезерного комбайна SM-2600 на карьере трубки "Юбилейная" при оптимальных параметрах разработки кимберлита составляет при погрузке в автотранспорт 1700-1800 м3/см. При погрузке в штабель -2100-2200 м3/см(Тсм=12час)в год с учетом климатических простоев до 650-840 тыс.м3/час.

6. По ситовому составу добытая комбайном исходная руда в целом значительно более мелкая, чем при буровзрывной отбойке. Выход кусков руды крупнее 100 мм составляет всего 5,3% (против 30-50%), что явно недостаточно для эффективного ведения процесса мокрого рудного самоизмельчения в барабанных мельницах. Для компенсации этого недостатка целесообразно добавлять в мельницы при переработке руда от комбайна крупнокусковый материал из забоя экскаватора.

7. Разрушение кимберлитовых руд фрезерными комбайнами обеспечивает повышение сохранности алмазов на 7-10%, что подтверждается большим выходом наименее прочных кристаллов и бесцветных с высоким напряжением.

8. Экономический эффект от внедрения безвзрывной технологии разработки кимберлитов на карьере трубки "Юбилейная" в расчете на 1 млн.т добычи составляет 321 тыс. долларов .

1. Алмазные месторождения Якутии. Под редакцией акад.Соболева В.С.-М.: Гос.науч.-технич.издательство по геологии и охране недр, 1959.

2. Милашев В.А.Кимберлитовые провинции. Л.: Недра, 1974 - 238 с.

3. Милашев В.А. Трубки взрыва.- Л.:Недра, 1984 - 264 с.

4. Справочник по климату СССР, вып.24, 4.8. Температура почвы.б.Потатуева Т.В., Базавлук В.А. Формирование деятельного слоя и влияние его на устойчивость дорог в условиях Якутии.// В сб. Исследование транспортных сооружений.-Томск, 1982,36с,

5. Валуев Е.П.,Глозман Г.Р. Особенности устойчивости бортов глубоких карьеров в многолетнемерзлых породах// Горный журнал,-1988,-N 7.-с.45-46.

6. Методическое пособие по определению углов откосов уступов и углов наклона бортов карьера, сложенных многолетнемерзлыми породами.-Л., ВНИ-МИ, 1972. Якутск, 1975, 570 с.

7. Изучение вторичных минералов кимберлитовых пород трубок "Удачная" и "Сытыканская" с целью разработки принципов их геолого-технологической классификации: Отчет о НИР (закл.)/ЯОКИ ЦНИГРИ; Руководитель Н.П.Зин-чук,-Мирный,1984.- 1984.-235 с,

8. Изучение вторичных минералов кимберлитов глубоких горизонтов тр."Удачная" (опорный горизонт 115 м) с целью повышения эффективности обогащения; Отчет о НИР (закл.) ЯОКИ ЦНИГРИ; Руководитель Н.П.Зинчук,-Мирный, 1987.-139С.

9. Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ.- М.; Недра, 1984,-287 с.

10. Уркин Н.Н, Обоснование параметров и технология доработки глубоких карьеров алмазоносных месторождений Якутии в этапных контурах. Дисс.канд.техн.наук.- М., МГРИ, 1989.

11. Уркин Н.Н. Новый способ доработки крутопадающих залежей полезных ископаемых, //В сб."Совершенствование разработки глубокозалегающих россыпных месторождений,-Якутск, 1988.

12. Александров И.Н. Основные взаимосвязи скоростей развития горных работ при отстройке бортов карьера с наклонными предохранительными бермами. // В сб. Проектирование открытой разработки месторождений,- Л,-ЛГИ, 1984, с.75-79%

13. Степанов В.А. Исследование технологии отработки крутопадающих залежей этапами. Автореф. дисс.,,канд.техн.наук.- М., МГИ, 1973.

14. ЗЭ.Гомелаури Г.Г. Оптимизация параметров выемочно-погрузочных работ на карьерах коренных месторождений алмазов с учетом природно-климатиче-ских условий Якутии. Дис. канд.техн.наук.- М., МГРИ, 1986.

15. Андросов А.Д. Разработка рациональных методов ведения горных работ при реконструкции карьеров Западной Якутии. Автореф, дисс. канд.техн,наук.- Свердловск, 1984.

16. Александров И.Н. Совершенствование схем вскрытия и способов отстройки бортов карьеров, разрабатывающих кимберлитовые трубки. Дисс. канд. техн. наук.-Л., ЛГИ, 1984.

17. Анистратов К.Ю. Формирование схем вскрытия рабочих горизонтов глубоких карьеров с ограниченными размерами в плане. -Дисс.канд. техн. наук,-М., МГИ, 1985.

18. Беляков Н.Н. Исследование и разработка способов вскрытия коренных месторождений алмазов.-Дисс.канд. техн. наук.- М.: МГИ, 1982.

19. Потапова Е.А. Обоснование организационно-технологических схем работы автотранспорта при разработке кимберлитовых месторождений Крайнего Севера. Автореф. дисс.канд. техн.наук,- М., МГИ, 1986.

20. Усачев В.М. Разработка метода оптимизации параметров процессов взрывного дробления и самоизмельчения кимберлитов при открытой разработке коренных месторождений алмазов. Автореф. Дисс.канд.техн.наук,- М., МГРИ, 1988.

21. Файнблит М.А. Обоснование эффективной схемы транспорта на глубоких кимберлитовых карьерах Крайнего Севера. Дисс. канд.техн.наук,- Днепропетровск, 1986.

22. Юрин Н.Н. Создание технологии отработки этапами крутопадающих рудных месторождений с крутыми углами откосов бортов карьеров. -Дисс.канд. техн. наук.- М.- МГРИ, 1989.

23. Анистратов Ю.И. Теория вскрытия карьеров и рекомендации по вскрытию Саамского карьера и карьера тр."ХХ111 Партсьезда".- М.: МГИ, 1978.

24. Попов В.С.Технология отработки кимберлитовых трубок системами с открытым выработанным пространством. // Совершенствование технологии подземной разработки россыпных и рудных месторождений Севера.- Якутск, ИГД Севера, 1987, с.99-104.

25. Новожилов М.Г., Маевский A.M.Бондарь С.А., Дриженко А.Ю. Технологические параметры глубоких карьеров.- М.: Недра.- 1982,- 175 с.

26. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть2. Технология и комплексная механизация,- М.: 1985, 549 с.

27. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых разработок." М.: Недра, 1980, 631 с.

28. Галкин В.А. Технологические основы проектирования и планирования грузопотоков на рудных карьерах с автомобильным транспортом,-Дисс.докт. техн. наук.- Магнитогорск,- 1987.

29. Поплавский В.А. Влияние параметров скважинных зарядов на удельный объем повреждаемости кристаллов//Колыма,- 1983.- N 12,- с. 17-19.

30. Стороженко Е.Л. Снижение повреждаемости ценного кристаллосырья при взрывной отбойке вмещающей породы //в сб. Разрабокта рудных место-рождений.- Киев 1982. -с. 44-49.

31. Стороженко Е.Л. Влияние параметров взрывного импульса на сохранность кристаллосырья при взрывном разрушении кристаллосодержащих руд // в сб. Разрабокта рудных месторождений,- Киев 1988. -с. 38-42.

32. Галаджий Ф.М., Поплавский В.А., Плужник В.И. и др. Взрывная отбойка пород в "щадящем" режиме. // В сб. Разработка технологии добычи и переработки руд благородных и редких металлов,- Иркутск. Иргиредмет, 1977. -с. 90-95.

33. Неганов В.П., Скрипка В.А. Разрушаемость кристаллов высокоценных минералов при взрывной отбойке. // В сб. Разработка технологии добычи и переработки руд благородных и редких металлов.- Иркутск. Иргиредмет. 1977, -с. 13-19.

34. Власов В.М. Исследование критериев и обоснование оптимальной кус-коватости при дроблении трещиноватых массивов, обеспечивающей эффективную взаимосвязь процессов добычи и рудоподготовки. -Дисс.,.канд. техн. наук,- Якутск, ИГДС, 1984.

35. Изучение трещиноватости, гранулометрического состава, прочностных свойств кимберлитов и вмещающих пород средних горизонтов тр."Удачная": Отчет о НИР /Иргиредмет; Руководитель В.А.Намолов,- NTP 80062600; Инв.Ы 1822.-Иркутск, 1980,- 28с. ДСП.

36. Бондаренко И.Ф. Обоснование и разработка эффективных способов ведения взрывных работ в рассолонасыщенных горных массивах. -Дисс.канд. техн. наук.- Днепропетровск - 1987,

37. Исследовать динамические свойства, энергопоглощаемость, свойства ВВ и разработать рекомендации по рациональному использованию энергии взрыва при дроблении горных пород: Отчет о НИР/ Якутнипроалмаз; рук. Шебаршов А.А. - N гр 81050089.- Мирный 1984.

38. Белкин Е.Н., Нефедьева Л,М., Никитин В.П. Комплексная оценка физических свойств кимберлита // В кн. Разработка технологии добычи и переработки руд благородных и редких металлов. Научн. тр. Вып. 31 / Иргиредмет. Иркутск, 1977, с. 26-29

39. Ефремов Э.И., Дурнев В.Ф., Малюта Д.И. и др. Выбор типа ВВ в зависимости от условий взрывания//В сб. Взрывное дело.- N 70/27.- М., 1971.- с. 138-147.

40. Теория и практика открытых разработок /Под редакцией Мельникова Н.В.-М.: Недра. 1979.- 636 с.

41. Справочник по открытым горным работам. М., 1994.

42. Барон Л.И., Фугзан М.Д., Маркензон Э.И. Опыт комплексного исследования сопротивления горных пород разрушению при добывании.-М.-Л.; Изд-во АН СССР, 1963.

43. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород.- М.; Наука, 1975.-212 с.

44. Вайсберг В.М., Костин И.М., Лозовская И.А. и др. Интенсификация взрывной отбойки - повышение эффективности рудоподготовки.//Обогащение руд.- 1985.- N 4,- с.2-4.

45. Демидюк Г.Н. Пути улучшения кусковатости при взрывной отбойке полезных ископаемых.- Взрывные работы,- М.: Госстройиздат, 1960, с.51-57.

46. Альтшулер В.М. Направления исследований в области ресурсосберегающей технологии на карьерах,- Ресурсосберегающая технология разработки недр.- М.: Недра, 1987.- с.3-6.

47. Степнов Н.А., Чевкин А.И. О влиянии раскрытости трещин в среде на разрушение ее взрывом// В сб.: Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1968,- N 3.- с,53-60.

48. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам.-М.: Недра, 1982.-424 с,

49. Ржевский В.В. Открытые горные работы. 4.1. Производственные процессы,- М.; Недра, 1985,- 610 с.

50. Покровский Г.И. Взрыв.- М.: Недра, 1973.- 183 с.

51. Кузнецов В.М. Математические модели взрывного дела.- Новосибирск: Наука, 1977.- 105 с.

52. Мосинец В.Н. Дробящее и систематическое действие взрыва 8 горных породах,- М.: Недра, 1976.

53. Основы теории и методы взрывного дробления горных пород/Под ред. В.М.Комира,- Киев, 1979.-224 с. 82. Кутузов Б.Н., Рубцов В.К. Физика взрывного разрушения горных пород.- М.: МГИ, 1970,- 177 с.

54. Машуков В.И, Действие взрыва на окружающую среду и способы управления им,- М.: Недра, 1976.- 248 с.

55. Барон Л.И., Личелли Г.П. Трещиноватость горных пород при взрывной отбойке.- М.: Недра, 1973.- 133 с.

56. Рубцов В.К. Методика расчета параметров БВР на получение заданной кусковатости.- М.: ЦНИГРИ, 1968.- 22 с.

57. Друкованный М.Ф.,Тартаковский Б.Н. и др. Влияние дробления пород на эффективность технологических процессов открытой разработки.- Киев:

58. Наукова думка, 1974. 87. Репин Н.Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород угольных разрезов.- М.: Недра, 1978.

59. Мец Ю.С., Шварцер В.Я., Гонтаренко П.А., Ганич Т.Н. Влияние интенсивных взрывных нагрузок на технологические свойства железистых кварци-тов//Обогащение руд.-1981-NI.- с.5-7.

60. Фадцеенков Н.Н. Управление кусковатостью и энергозатратами при взрывной подготовке руды// Обогащение руд.- 1983.- N 6.- с.3-5.

61. Бадуков В.А,, Маляров И.П., Минченков А.В., Тогунов Ю.В. Анализ промышленных взрывов на основе многофакторного метода//ФТПРПИ,-1982.- N 3,- с.46-50.

62. Фадденков Н.Н., Труфакин Н.Е. К оценке энергозатрат на взрывное разрушение руды//Обогащение руд.- 1982.- N 5.- с. 8-10.

63. Баранов Е.Г. Пути интенсификации процессов отбойки, дробления и измельчения железных руд //Горный журнал.- N 8.- 1982,- с.40-42.

64. Исследовать возможность разработки кимберлитовых трубок с использованием методов механического рыхления горного массива: Отчет о НИР (промеж.) /"Якутнипроалмаз"; Руководитель А.Т.Ведин.-23-84-361 П.- Мирный, 1984.

65. Нитроглицериновые пороха марок НМФ, РСИ, РНДСИ, РСТ. Руководящий документ РТ-84-402-7-87,- Изд. п/я В-2138, 1987.

66. Федулов А.П., Маттис А.Р., Шишаев С,В. и др. К созданию ковшей активного действия карьерных экскаваторов // Физико технические проблемы разработки полезных ископаемых.- 1988 - N 2 с. 61-67.

67. Маттис А.Р., Шишаев С.В. и др. К оценке удельной энергоемкости рабочего процесса экскаватора с ковшом активного действия // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.-1991 - N 4 с. 63-68,

68. Разработать технологию горных работ комбайнами непрерывного действия для карьеров АК "Алмазы России-Саха" /Отчет о НИР."Якутнипроалмаз" "Иргиредмет". - г.Мирный. - 1993.

69. Методика и программа испытаний экспериментального образца сменного рабочего оборудования с ковшом активного действия к экскаватору ЭКГ-4,6 на карьерах ПНО "ЯКУТАЛМАЗ". - Якутнипроалмаз, ИГД СО АН СССР -1988 г.

70. Архипов А.В. Сравнение воздействия открытых и подземных рудников на окружающую природную среду //Сб. трудов,: Третий международный симпозиум "Горное дело Арктике".- Санкт-Петербург,- 1994 - с. 137.

71. Шимм Б. Развитие и опыт использования фрезерных машин фирмы Виртген на карьерах. // Сб. трудов.: Третий международный симпозиум по оборудованию ненпрерывного действия. - Прага, -1991 - с.35-47.

72. Технологический регламент на разработку проекта защиты горных работ от подземных минерализованных вод и их исследование на карьере тр."Удачнаяи/"Якутнипроалмаз\- Мирный,- 1987.

73. Разработать технологию горных работ комбайнами непрерывного действия /Отчет о НИР."Якутнипроалмаз" - г.Мирный. -1994.