книги из ГПНТБ / Байконуров О.А. Комплексная механизация очистных работ при подземной разработке рудных месторождений

4.Прочность и жесткость.

Впервый период в результате применения самоходного

безрельсового оборудования на руднике добились сокраще­ ния производственных расходов. Однако через более про­ должительные периоды 'экономия была перекрыта высоки­ ми расходами на ремонт и поддержание оборудования. Эти расходы складывались из зарплаты ремонтных рабочих, стоимости заменяемых частей и больших потерь времени. После исследования были установлены три основные причи­ ны таких повышенных расходов :

а) небольшой производственный опыт у части операто­ ров. Это имело место вследствие того, что неквалифицирован­ ным операторам было поручено самоходное оборудование, а инженерно-технический персонал не имел точного представ­ ления о возможностях этого оборудования ;

б) не была организована достаточно надежная система обслуживания, поддержания и ремонта исключительно для самоходного оборудования. Положение осложнялось отсут­ ствием обученных ремонтных рабочих и обслуживающего персонала. Кроме того, нередко возникали затруднения со снабжением запасными и быстроизнашивающимися частями большинства нового оборудования ;

в) возможно, основная причина заключается в том, что большая часть нового оборудования оказалась неспособной выдерживать даже обычные нагрузки и износ, обусловлен­ ный условиями 'эксплуатации. При выборе самоходного оборудования его стоимость, которая по общему признанию пока является главным фактором, не должна иметь решаю­ щего значения.

В настоящее время первые два недостатка устранены и по возможности приняты меры для замены и переделки кон­ структивно слабого оборудования. Приближается время, ког­ да будет достигнуто максимальное сокращение расходов в соответствии с первоначальными расчетами. Фактически имеется возможность добиться более значительного сокра­ щения расходов, чем предполагалось.

Учитывая указанные выше требования к самоходному оборудованию, результаты анализа данных по влиянию ря­ да факторов на технико-экономические показатели, на руд­ нике были распространены результаты экспериментов, а также ряд данных, полученных на других рудниках с целью выбора наиболее подходящего оборудования, и сформулиро­ ваны требования, которым оно должно отвечать.

Считают, что наиболее подходящая машина должна об­ ладать следующими качествами: 1) высокая производитель­ ность, 2) минимальные потери времени, 3) низкие расходы

тавляют 15—25% общей суммы эксплуатационных расхо­ дов. Все дизельные двигатели машин работают хорошо и предпочтение отдается лишь тому двигателю, который оказывается более легким в эксплуатации и обслужи­ вании.

Как видно из данных таблицы 2, наилучшие техникоэкономические показатели получены при эксплуатации тя­ гача «Катерпиллер» Д-10 с прицепом «Лендис». Этот комп­ лекс имеет одинарные ведущие колеса. Разгрузка прицепа осуществляется с помощью гидроцилиндра. Машина обла­ дает хорошей маневренностью и высокой скоростью движе­ ния. Благодаря большой грузоподъемности и прочности кон­ струкции она успешно применяется на очистных работах. На подготовительных работах этот комплекс оказался непри­ годным. Несмотря на то, что эта машина работала вполне удовлетворительно, от нее решено отказаться вследствие ее относительно низкой производительности по сравнению с размером и стоимостью.

Предпочтение было отдано автосамосвалу «Кехринг», который обладает очень высокой прочностью и удобен в экс­ плуатации. Он может передвигаться в любом направлении с одинаковой скоростью. Скорость движения у него несколько ниже, чем у других машин, но этот недостаток с избытком компенсируется за счет сокращения времени маневрирова­ ния и разгрузки. Самосвал может применяться на подгото­ вительных работах. Вследствие относительно небольшой грузоподъемности этой машины эксплуатационные расходы будут больше, чем у тягача ; однако расходы на ремонт этой машины крайне низкие, потери времени — незначительные, что в конечном счете делает самосвал «Кехринг» более эконо­ мичным в эксплуатации по сравнению с другими маши­ нами.

Буровое оборудование выбиралось из испытавшихся на руднике двух буровых кареток, изготовленных компанией (куда входят рудники). Каретки отличаются между собой некоторыми конструктивными элементами. Одна из кареток смонтирована на ходовой части трактора РД-7, оборудована тремя стрелами длиной по 3 м, которые с помощью гидро­ цилиндров могут перемещаться в вертикальной и горизон­ тальной плоскости. Две стрелы на каждой каретке являются телескопическими и с помощью гидроцилиндра могут вы­ двигаться дополнительно на 3 м. На каждой стреле установ­ лен автоподатчик длиной 4,1 м, оснащенный перфоратором «Лайнер» с диаметром цилиндра 89 мм. Автоподатчик дает возможность бурить шпуры глубиной 3,8 м без смены штанг. Управление стрелами, автоподатчиками и перфораторами

осуществляется дистанционно с панели, расположенной у места оператора. Каждая стрела управляется со своей пане­ ли. Оператор уходит от панели только в случае необходимо­ сти смены бурового инструмента.

Обе каретки снабжены осветительными прожекторами, питание которых осуществляется от пневмогенераторов, на­ ходящихся непосредственно на каретках. Две внешние стре­ лы установлены под углом 15° к продольной оси каретки, что позволяет обуривать большую площадь забоя. С одного положения каретки можно бурить горизонтальные парал­ лельные шпуры на ширине 6 , 6 м и по высоте на 4,8 м. Вер­ тикальные восходящие шпуры можно бурить на высоте 7,2 т от почвы забоя. Другая каретка смонтирована на ходо­ вой части трактора ДТ-14. Схемы управления, водо- и воздухоснабжения на этой каретке решены более удачно по срав­ нению с первой. На каждой каретке работает бригада из двух человек. Производительность механизма составляет в сред­ нем 210 пог. м шпуров в смену. Максимальная производи­ тельность более 360 пог. м на машино-смену.

При добыче средняя производительность каретки состав­ ляет 425 т/смену. Однако каждая буровая каретка может достичь производительности в 500 т/'машино-смену и более в зависимости от вида выполняемых работ. Обе каретки могут работать на проходке выработок сечением 4,5X4:,5 м и в очистных забоях.

Учитывая отмеченные выше достоинства второй каретки,

вдальнейшей работе ей было отдано предпочтение.

Врезультате испытаний для бурения была выбрана бу­ ровая сталь «Атлас» круглого сечения диаметром 32 мм. Заправка хвостовиков и нарезка резьбы производилась в механических мастерских компании. Одной буровой штан­ гой бурят в среднем 240 пог. м шпуров. Буровые коронки съемные, крестовые диаметром 51 мм, армированные твер­ дым сплавом. Используются коронки типа 118 фирмы «Канадиэн Ингерсолл Ренд» и «ДС» фирмы «Тимкен Роллер Биринг Компани». В среднем одной коронкой пробуривают 300—420 пог. м шпуров. Из вспомогательного оборудования на руднике применяются следующие машины.

Грейдер «Катерпиллер-212» (1 шт.). Эта установка используется для поддержания дорог и имеет большое зна­ чение для работы рудников. Фактически время, затрачива­ емое на поддержание дорог, составляет в среднем 4— 8 час

внеделю. Бульдозеры ДВ фирмы «Катерпиллер» (2 шт.) ис­ пользуются для чистки дорог, подгребки отбитой руды для улучшения условий погрузки, а также для других мелких работ. Легкая автомашина общего назначения (1 шт.)

используется для транспортировки материалов, буровой стали ВВ, труб и т. д.

Погрузочная машина с передней разгрузкой модели НДЭ (1 шт.), являясь погрузочным оборудованием, используется для многих других целей, например, для строительства до­ рог, доставки тяжелых материалов, оборки и т. д. При обор­ ке кровли рабочий находится в ковше, что увеличивает осматриваемую площадь кровли при одном положении ма­ шины.

Машина для заряжания шпуров (1 шт.). По действую­ щим на руднике правилам, в каждую смену заряжание и взрывание шпуров производится одним человеком. Поэтому взрывнику выделена одна из старых автомашин, которая служит для транспортировки ВВ от склада к забою и одновременно используется в качестве платформы для заря­ жания шпуров в кровле. В настоящее время на этой машине нет специальной платформы для заряжания шпуров, хотя несколько конструкций проходили испытания.

Автомашина монтажной бригады (1 шт.). Работы по про­ кладке воздушных, водяных и вентиляционных трубопрово­ дов ведутся на руднике специальной бригадой, которая для перевозки своих инструментов и оборудования использует автомашину. Эта автомашина служит также для перевозки необходимых материалов. В дальнейшем предполагают уста­ новить на машине подъемную гидравлическую платформу с П-образной рамой, чтобы облегчить монтаж труб и сократить затраты рабочей силы.

Обслуживание и ремонт оборудования производятся в подземной ремонтной мастерской, расположенной близко к центру горных работ, и в мастерской на поверхности. В на­ стоящее время все гусеничное оборудование обслуживается, ремонтируется и заправляется горючим в подземной мастер­ ской, а оборудование на пневмоколесном ходу — в мастер­ ской на поверхности. Преимущества подземной мастерской, расположенной в непосредственной близости от горных ра­ бот, очевидны, и в дальнейшем эту ремонтную мастерскую намечено расширить. Ремонтная бригада состоит из 11 чело­ век. Из них четыре человека постоянно работают в дневную смену, остальные шесть делятся поровну на три рабочие смет ны. Предполагается, что этот штат будет сокращен вдвое.

Организация, обучение и деятельность ремонтной брига­ ды, несомненно, являются важными факторами, влияющими на успешное использование самоходного оборудования.

Применение перечисленного выше самоходного оборудо­ вания вызвало некоторое изменение применявшегося вариан­ та системы разработки. Подготовительные выработки решено

было проводить в висячем боку залежи, поскольку он устой­ чив и имеет ровный контакт с вмещающими породами. Пер­ воначальное сечение выработки (4,5X4,5 м) затем расширя­ лось заходками до 12 м. Заходки проводят в одну, реже в обе стороны. Проходка выработки опережает проходку заходок на два цикла. Оставшийся после образования подсечки за­ пас отрабатывается почвоуступным забоем.

Для поддержания кровли оставляют целики толщиной 6 м и длиной от 3 до 11 м. Как показал опыт работы, запас руды в целиках не превышает 1 0 % общего отрабатываемого запаса. Панели (камеры) располагают по обеим сторонам главной нарезной выработки на расстоянии около 18 м от

нее.

Наибольшие запасы отрабатываются уступами, высота которых изменяется в пределах от 4,5 до 6 т, а по ширине — на всю ширину подсечки. Глубина шпуров на уступах приня­ та 6 м. Для их бурения требуется однократная замена буро­ вых штанг. На данной стадии отработки для создания дорог до верхних забоев используются бульдозеры. При этом карет­ ки могут перемещаться как вверх, так и вниз. За один цикл на каждом уступе отбивают около 1000 г руды. Шпуры бу­ рят по сетке 1,5Х1>5 м. Расход ВВ при этом составляет 270 г/г. Объем вторичного дробления незначителен.

Погрузка и доставка отбитого в одном забое количества руды требует 1,5—2 смены (при погрузке экскаватором).

Для взрывных работ после проведения необходимых испытаний было выбрано ВВ — 50% «Килчел». Это ВВ при­ меняется в патронах размером 38X200 мм в мягкой упаков­ ке и 44,5X400 мм в обычной упаковке. Сначала на дно шпу­ ра опускают патрон в мягкой упаковке, который обеспечи­ вает высокую плотность заряда. В основную часть шпура для ускорения заряжания укладывают большие потроны. Для рассредоточивания зарядов используют промежуточные деревянные патроны длиной 200 мм. Для забойки приме­ няют песок, упакованный в бумажные патроны. На очистных работах при отбойке руды заходками, сплошным забоем и при уступной выемке взрывание осуществляется исключи­ тельно детонаторами короткозамедленного действия. Это спо­ собствует хорошему дроблению руды. Производительность труда подземных рабочих при описанной выше технологии разработки и механизации производственных процессов сос­ тавляет 50 г/чел • смену. Применение самоходного оборудова­ ния позволило снизить себестоимость добычи почти в два раза.

Отметим некоторые из условий, обеспечивающих положи­ тельные результаты применения самоходного оборудования

для разработки месторождений полезных ископаемых под­ земным способом. К ним относятся: а) правильный выбор оборудования для конкретных горнотехнических условий; б) хорошая организация ремонта и обслуживания оборудова­ ния; в) для компенсации затрат на приобретение оборудова­ ния оно должно работать максимальное время в сутки; г) для каждой бригады необходимо иметь определенное ко­ личество забоев, обеспечивающих полную загрузку обору­ дования.

Применение самоходного оборудования позволит повы­ сить производительность труда без увеличения его интенсив­ ности, что обеспечит широкое использование этого оборудо­ вания при различных системах разработки.

При проектировании разработки новых месторождений или реконструкции старых необходимо тщательно взвесить назначение и возможности всех видов имеющегося самоход­

На руднике «Харрикейн Крик» добыча боксита подземным спосо­ бом производится с 1942 г. [85]. Разработка характеризуется относитель­ но высоким извлечением боксита при неблагоприятных условиях сло­ истых водоносных покрывающих пород и неустойчивых глинистых породах лежачего бока. Управляемое обрушение, закрепленные забои

ирациональные системы поверхностного и подземного дренажа свели

кминимуму имевшиеся трудности и позволили увеличить добычу. Месторождение боксита имеет длину по простиранию 1800 м, ширину 450 м, а его мощность колеблется от долей метра до 12 м. Рудная за­ лежь расположена на глубине 30—90 м от поверхности и имеет угол падения от 1 до 6°.

Бокситы непосредственно перекрываются слоем глины мощностью от нескольких сантиметров до 15 м. Выше расположены лигниты и во­ доносные слабо уплотненные пески. Лежачий бок представлен бокси­ товой глиной или низкосортными бокситами; сиенитовой глиной и красной глиной, которая пластична во влажном состоянии.

По своей структуре боксит представляет собой переходы от пизалитового до мелкозернистого бесструктурного материала. Пизолиты (конкреционные срастания) могут быть редко рассеянными в боксите или плотно уложенными с небольшой цементирующей матрицей. Диа­ метры пизолитов колеблются от менее чем 2,5 до 25 мм.

По своему состоянию боксит изменяется от плотного крепкого из­ вестняка до мягкого землистого материала. По цвету он изменяется от светло-серого до рыжевато-коричневого и бурого. Цвет не является по­ казателем качества или содержания железа.

Для подготовки к эксплуатации месторождения оно было разделе­ но на участки, каждый из которых имел свой собственный подъемный ствол. Всего пройдено 10 стволов глубиной от 39 до 90 м. Четыре ство­ ла прямоугольной формы были закреплены деревом. Остальные стволы проходились специальными буровыми установками и крепились метал­ лом с последующей заливкой цементным раствором.

Схема подготовки выемочного поля показана на рисунке 6 и заклю­ чается в проходке парных главных штреков от ствола к разрабатывае­ мым участкам. Эти штреки параллельны и проходятся на расстоянии 18 м друг от друга. Они соединены между собой квершлагами, пройден­ ными под углом 60° по направлению штреков. Угол в 60° был выбран с целью обеспечения достаточного места для прохода Челноковых ва­ гонеток и уменьшения уклона откатки в пологом рудном теле. Штреки

Рис. 6. Схема подготовительных работ до обрушения : 1 — ствол № 8; 2 — ствол № 9; 3 — граница руды; 4 —- обрушение.

имеют размер 2,1 X 3.6 м и проходятся по лежачему боку боксита. Для крепления штреков применяются металлические рамы, изготовленные из рельсов, податливые арочные оклады с деревянной затяжкой и рам­

ное крепление из круглого леса.

Для проходки горизонтальных выработок применялся комбайн, ко­ торый давал хорошие результаты, за исключением случаев проходки по очень твердым бокситам. В таких породах выработки проходили обычным буровзрывным способом.

Для удобства транспортировки все штреки устланы досками из твердых пород древесины. Доски расположены на расстоянии 5 м друг от друга и прибиты к прогонам, расположенным параллельно оси штре­ ка. Деревянные настилы в выработках, где вода протекает над отка­ точным путем, выдерживали интенсивное движение в течение 6—8 лет, но в более сухих выработках настилы менялись каждые 6—12 месяцев ввиду повреждения их сухой гнилью.

После проведения ряда экспериментов на руднике была принята камерная система разработки Б2-ѴІ-КПр-4 с последующим обрушением. При этом выемка целиков и принудительное обрушение кровли следует непосредственно за выемкой камер. Применение ограждающих деревян­ ных стенок между обрушенным пространством и массивом является важной особенностью этого метода, позволяющим резко снизить разубоживание руды. Выемка начинается в наиболее высокой части рудного тела и движется вниз по падению, сохраняя ступенчатую линию забоя (рис. 7, 8, 9). После отработки камер обуривается их кровля и налегаю-

щие породы обрушиваются в выработанное пространство. Важным мо­ ментом является управление обрушением. Если оно развивается слишком медленно, то близлежащие блоки (целики) руды (не отрабо­ танные участки) подвергаются чрезмерному горному давлению. Оно вызывает отслаивание руды на стенках горизонтальных выработок и образование трещин в кровле вокруг целиков в камерах и в горизонталь­ ных заходках вблизи обрушенного пространства.

/

Как видно из рисунков 7, 8, 9, первым этапом при выемке предва­ рительно подготовленного ромбовидного участка вдоль линии обруше­ ния является разделение его путем проходки выработок на более мел­ кие блоки, каждый площадью сечения около 2,3 лі2. Первый из мелких блоков, предназначающийся для выемки, примыкает к линии обруше­ ния. Около 75% блока подрезается (отрабатывается) горизонтальными выработками с образованием отрезной камеры, после чего оставшаяся часть массива уменьшается (отрабатывается) до минимального разме­ ра и оставляется в качестве временного целика, в то время как проис­ ходит отбойка в кровле камеры (рис. 7).

Отбойка руды в камерах производится шпурами глубиной от 1,5 до 4,5 м, расположенными по сетке 0,9X0,9 м. Шпуры бурятся перфо­ раторами на колонке с пневмоподачей. Сталь применяется диаметром 22 мм со съемными коронками. В мягких породах иногда пользуются шнековыми бурами. Отбитую руду в камере временно магазинируют, и с поверхности обуриваются верхние шпуры. После уборки руды возво­ дятся деревянные стенки по обеим сторонам камеры, примыкающим к массиву (рис. 8). Стенка устраивается путем установки стоек, которые сбиваются из двух досок (брусьев) толщиной 10—20 см, устанавливае­ мых между собой на расстоянии 1,8 м. Стойки крепятся проволокой к