3.3. Технологический комплекс выпуска и доставки руды

А. Способы доставки: определение, принципы классификации

Доставка – это технологический процесс очистной выемки, содержанием которого является перемещение дробленой руды в пределах выемочного участка с погрузкой ее в транспортные сосуды на откаточном горизонте. Систематизация способов доставки будет иметь следующий вид (см. табл.3..)

Таблица 3..

СПОСОБ ДОСТАВКИ	РОД (ВИД) ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЭНЕРГИИ
1. Самотечная доставка	Энергия поля гравитации. Перемещение под действием собственного веса
2. Механизированная доставка (по виду технического средства): а – скреперная, б – машинная (колесный ход), в – конвейерная г – питателями (укороченный конвейер)	Механическая энергия, приводящая в действие механизмы перемещения руды
3. Взрыводоставка	Химическая энергия взрывного разложения
4. Гидравлическая доставка	Энергия струи воды
5. Пневматическая доставка	Энергия струи сжатого воздуха
6. Мускульная (физическая) доставка	Энергия мышц животного или человека

Б Характеристика способов доставки

1.Самотечная доставка. Оговоримся сразу, что можно и нужно выделить перемещение руды в пределах очистного пространства и перемещение по выработкам блока к местам погрузки. Только при горизонтальном залегании рудного тела и теоретически и практически можем расположить пункт погрузки в очистном забое, т. е. может отсутствовать сама доставка как процесс. Вернее, мы ее функцию поручим процессу откатки. Боле того мы можем обратить внимание и на то, что под доставкой мы вправе подразумевать не просто любые перемещения руды в блоке, а целенаправленные в горизонтальной плоскости потоки руды от забоя до погрузочного пункта, поскольку простые перемещения по вертикали в ряде случаев мало, что нам дадут. При этом нам нужно собирать руду в потоки и перемещать ее к конечным пунктам - пунктам погрузки, которых в общем случае должно быть меньше начальных пунктов движения. Самотечная доставка считается самым экономичным процессом доставки, т. к. процесс осуществляется за счет сил гравитации. Но поскольку нас в доставке всегда интересует не только вертикальные перемещения, но и горизонтальные, то надо признать, что осуществление горизонтальных перемещений при самотечной доставка всегда проблематично. Почему? С этим надо разобраться именно сейчас.

Таблица 3.. Систематизация конструктивно-технологического исполнения выпуска

СТРУКТУРНЫЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Состояние очистного пространства	а – выпуск в открытом очистном пространстве б – выпуск под обрушенными породами в – выпуск под разделяющим перекрытием
2. Конструктивное исполнение (конструктивный вид) истока	а – точечный (единичный, одиночный исток) б – линейный (совокупность линейно взаимосвязанных точечных истоков) в – площадной (совокупность по площади взаимосвязанных точечных истоков)
3. Режим выпуска (количество одновременно участвующих в работе выпускных отверстий - истоков)	а – точечный б – линейный в - площадной
4. Состояние истока во времени и пространстве	а – стационарный б - передвижной
5. Характер истечения (выпуска) руды	а – донный б – боковой (торцовый)
6. Характер регулирования истечения руды из отверстия	а – техническими средствами б – конструктивным исполнением
7. отсутствие/наличие боковых контактов с обрушенными породами	а – отсутствуют контакты б – торцовый контакт в – торцовый и один/ два боковых
8. Масштаб выпуска руды	а – этажный (на всю высоту этажа) б – подэтажный (на высоту подэтажа)

Обратим внимание, что для перемещения самотеком на определенное расстояние по горизонтали нам потребуется поверхность (плоскость), наклоненная под углом не менее 50. А поверхность эта есть только у горна, на создание которого нужны затраты. Вывод: самотечная доставка все же требует затрат и затраты эти связаны если не с самим процессом перемещения, то с созданием выработок. При чем перемещение происходит как бы по гипотенузе прямоугольного треугольника. А мы знаем, что гипотенуза всегда длиннее катета, т. е. для перемещения руды в заданную точку потребуется выработка и ее длина будет почти в 1,5 раза длиннее, чем при механизированном перемещении тем или иным способом. Короче, при самотечной доставке нужны выработки и их суммарная протяженность может оказаться весьма значительной. При механизированной доставке протяженность выработок требуется значительно меньше, но требуются затраты на сам процесс горизонтального перемещения и тоже не малые (к тому же, разные при разных способах и средствах перемещения).

Самотечная доставка непосредственно по очистному пространству возможна только при крутом залегании рудных тел и называется выпуском, поскольку она подходит под процесс, который во всех случаях называется выпуском (выпуск воды, выпуск зерна из силоса, выпуск сыпучих строительных материалов и т. д.). Попробуем систематизировать возможные варианты технологии выпуска, воспользовавшись систематизацией характерных признаков (см. табл. 3.8.).

Чтобы дать характеристику конкретного конструктивно-технологического исполнения выпуска руды, необходимо отметить вариант исполнения выделенных признаков.

В каждом конкретном случае количество используемых признаков может быть различно. Так, можно указать лишь, что выпуск в конкретном случае по открытому очистному пространству, или выпуск под обрушенными породами. Для анализа нужно бы отметить, что он еще этажный, площадной, стационарный, донный, при наличии боковых контактов с обрушением. В другом случае, выпуск под обрушенными породами может быть торцовый, передвижной, подэтажный.

Таким образом, в таблице представлено видовое описание комплекса выпуска руды. Оно впитало в себя все известные варианты исполнения (применяемые и еще не применяемые, но возможные). Это весьма ценно для организации поиска наиболее сильного варианта для конкретных условий.

Выпуск руды под обрушенными породами. При исключительном многообразии конструктивно-технологического исполнения выпуск руды под обрушенными породами, как идея, возник в сороковые годы прошлого столетия. Смысл его заключается в том, что истечение руды возможно до определенного предела без смешивания с контактируемыми обрушенными породами, а в последующем примешивание пород происходит постепенно до полного отсечения оставшейся части руды в очистном пространстве в виде потерь. Постепенное разубоживание позволяет прекратить выпуск при предельном экономически выгодном его значении. Такой физический эффект возможен за счет влияния отдельных выпускных отверстий и их совокупностей. Знание и учет всех системно взаимосвязанных факторов позволяет организовать управление выпуском.

Донный выпуск. Рассматривая теоретические положения выпуска под обрушенными породами, мы должны обратить внимание на три уровня его организации: точечный (элементарный), линейно организованный и площадной.

При выпуске из одиночного отверстия перемещение частиц имеет вертикальную и горизонтальную составляющие, степень их развитости зависит от производительности отверстия и разрыхления руды, как первичного (после отбойки), так вторичного в процессе выпуска. Образуется поток частиц руды с различной скоростью движения и различным положением в пространстве. В створе оси отверстия скорость движения частиц значительно больше, чем на периферии. Контакт руда/порода прогибается. Образуется депрессионная воронка. Наступает момент, когда она достигает отверстия и начинается разубоживание. При продолжении выпуска сечение отверстия все больше перекрывается обрушенными породами и далее истекает одна порода, а руда отжимается на периферии воронки. От момента прогиба контакта до начала разубоживания выпускается чистая руда в объеме фигуры выпуска высотой, равной высоте обрушенного слоя руды, с формой различного описания. При впуске из совокупности отверстий, расположенных в линию на определенном заданном расстоянии, имеет место их взаимное влияние (их зоны влияния перекрываются). В результате этого контакт руда/порода не прогибается, а опускается параллельно самому себе до определенной высоты, где их взаимное влияние прекращается, и они начинают работать в автономном режиме. Подобная картина наблюдается и при площадном взаимодействии (в двух взаимно перпендикулярных направлениях). В результате объем чистой руды, извлеченный до начала разубоживания увеличивается и состоит из двух частей: первая - из объема в пределах разности высот – высота обрушенного массива минус высота, на которой прекратилось взаимное влияние выпускных отверстий, вторая из объема фигуры выпуска высотой, равной высоте , где прекратилось взаимное влияние отверстий. Доля извлеченной чистой руды до начала разубоживания в таком случае может составлять до 70%, при общем извлечении до 80-85% и разубоживании также 80-85%.

Торцовый (боковой) выпуск. Отличительная особенность торцового выпуска не просто в истечении руды из торца выпускной выработки, а в том, что при этом имеет место вертикально или круто наклоненная боковая плоскость массива руды или породы, которая как бы отсекает часть фигуры выпуска. Эта плоскость в процессе послойной отбойки перемещается по окончанию очередного цикла выпуска. Основные теоретические положения сохраняются.

При торцовом выпуске создаются условия для перемещения истока руды. Такое конструктивное решение позволяет, не снижая показателей извлечения, отказаться от стационарного исполнения рудоприемного днища с обилием дорогостоящих выпускных выработок.

2. Механизированная доставка. Способы механизированной доставки разнообразны. Они систематизируются по виду применяемого погрузочно-транспортного оборудования. Известны: - скреперная доставка, машинная с колесным ходом, конвейерная, питателями или выпускно-погрузочно-доставочными установками. При их характеристике есть все основания использовать системное (видовое) представление технического комплекса уже рассматриваемое ранее

Чтобы дать характеристику погрузочно-доставочному комплексу, необходимо по выделенным признакам указать конкретный вариант исполнения. Так можно отметить, что комплексы могут быть составные (в них входят отдельные погрузочные и доставочные установки или машины) и единые в виде погрузочно-доставочных машин или установок.

Скреперная доставка. Осуществляется переносной установкой. В состав скреперной установки входит – скрепер различного исполнения, лебедка с различным приводом, канаты рабочего и холостого хода, головной блочок и несколько поддерживающих блочков. Скрепера – одно и много гребковые, ящичного типа. Лебедки одно и двух барабанные. Мощность двигателя от 20 до 100 Квт. Применимы в различных горно-технических условиях. Серьезные недостатки – большая энергоемкость перемещения материала волочением руды по руде и сравнительно небольшая длина доставки (не более100м).

Машинная доставка. На доставке широкое применение нашли самоходные погрузочно-даставочные машины (ПДМ). В отличие от скреперных установок ПДМ - самоходные, маневренные, высоко производительные, (особенно с ковшом-бункером). Основные недостатки – дорогие,повышенный износ шин,возникают трудности проветривания из-за дизельного привода.

Конвейерная доставка, ВДПУ. Конструктивное исполнение самое различное. Применяются скребковые, ленточные, желобчатые. Основное достоинство – высокая производительность, независимая от длины. Недостатки – требуется погрузка руды, стационарность, большая металлоемкость конструкции, большой износ деталей из-за высокой абразивности транспортируемого материала. В таком исполнении применяется редко. Широко применяется в виде выпускно погрузочно-доставочных установок – ВДПУ (укороченных конвейеров). Установки по принципу действия различные – с направленными и ненаправленными колебаниями, в виде качающегося стола с возвратно-поступательными движениями. Длина 6-8м. Устанавливается под одно два выпускных отверстия. Основные достоинства: высокая производительность при крупно кусковатой руде (до 1000 т в час при размерах куска до 900-1200мм), низкая стоимость. Недостатки – стационарность, быстрый износ деталей.

Погрузка руды в транспортные средства. Может осуществляться непосредственно самой доставочной установкой и машиной или использоваться специальные устройства, называемые люками. Принципы действия люков, их устройство, производительность и стоимость самые разнообразные. Отметим лишь то, что в последнее время все шире применяются беззатворные люка - по устройству и принципу действия такие же что и ВДПУ, только еще в два-три раза короче. Единственный их недостаток – сравнительно дорогие и большая трудоемкость установки.

В. Структурная систематизация исполнения комплекса доставки руды (табл. 3.9.)

СТРУКТУРНЫЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Способ оформления горизонта подсечки	а – совокупностью специализированных выработок в виде горизонта б – функция подсечки поручена: 1 - рудоприемным выработкам 2 – выработкам бурового горизонта
2. Конструктивный вид рудоприемной части комплекса из материала: 2.1 – естественный массив (рудн., породн.), 2.2 – искусственный массив (бетон и др.), 2.3 – горная крепь (дерево и др.)	а – воронкообразное (в виде воронок) б – траншейное (в виде траншей) в – «плоское днище» (разновидность траншеи)
3. Конструктивный тип выпускных выработок, в совокупности формирующих горизонт выпуска	а – дучка, малая наклонная выработка б – выпускное окно, малая горизонтальная выработка в – торец доставочной выработки г – выпускные щели
4. Характер взаимосвязи горизонтов выпуска, доставки и погрузки	а – в виде отдельных специализированных горизонтов выпуска, доставки и погрузки, б – с совмещенным горизонтом выпуска и доставки в – с совмещением горизонта доставки и погрузки г. - с совмещением всех трех горизонтов
5. Расположение выпускных выработок относительно доставочных	а – боковое одностороннее ;б – двустороннее парное расположение, в – двустороннее шахматное г - торцовое расположение
6. Конструктивно-технологическое исполнение горизонта доставки (в зависимости от способа)	в виде горизонта: а – самотечной доставки б – скреперной доставки в – конвейерной доставки (питателями) г машинной доставки
7. Конструктивно технологическое исполнение горизонта погрузки в средства откатки: 7.1. люковая погрузка, 7.2. питателями 7.3. машинная, 7.4. скреперная через полок 7.5. разгрузка в участковый рудоспуск	с расположением выработок погрузки относительно выработок откатки: а – с боковым односторонним б – с боковым двусторонним парным в – с боковым двусторонним парным г – с торцовым
8. Тип доставочной выработки	а – штрек (рудный, полевой), б – орт
9. Тип погрузочно-откаточной выработки	а – штрек (рудный, полевой), б - орт

Видовое понятие комплекса доставки. Структурные элементы комплекса доставки: очистное пространство, рудоприемная часть, выпускные выработки, горизонт доставки с различными средствами механизации, горизонт погрузки с различными средствами механизации. Варианты конструктивного исполнения структурных элементов.

Структурный синтез комплекса доставки. Индивидуализация способа доставки - конструктивный вид. Принципы формирования конструктивного вида. Интеграция и дифференциация элементов - условие развития и совершенствования доставки. Разделение выполнения функций во времени и пространстве. Примеры сильных (идеальных) конструкторских решений.

Под технологическим комплексом выпуска и доставки будем понимать совокупность подготовительно-нарезных и очистных выработок в системной увязке с используемыми средствами функционального назначения. Он также, как комплекс отбойки, имеет как единичное конструктивное исполнение (в каждом конкретном случае), так и видовое, отражающее все многообразие при наличии общих признаков. Структурная систематизация комплекса выпуска и доставки представлена в табл. 3.9.

Предлагаемая систематизация позволяет давать подробную характеристику конструктивно-технологического исполнения всех применяемых в настоящее время комплексов, организовать поиск их наиболее сильных вариантов применительно к конкретной горно-геологической и горнотехнической ситуации.

Г. Развитие и перспективы совершенствования комплекса доставки

Мы уже отмечали двуединую и противоречивую основу горной технологии (горн + технические средства). На примере комплекса доставки их взаимодействие можно красноречиво подтвердить.

Для этого весь комплекс доставки разделим на две части: 1 – доставка по очистному пространству и 2 – доставка по остальным выработка блока до погрузочного пункта в транспортные сосуды. При крутом залегании рудных тел первоначально повсеместно применялась самотечная доставка. Этот конструктивно–технологический комплекс получил название грохотной схемы, т. к. при отбойке самообрушением имел место большой выход негабаритов и для их дробления вручную создавали специальный горизонт (грохотной). Производительность труда на доставке была небольшая из-за негабаритов. Сам процесс перемещения под действием собственного веса руды весьма хорош, поскольку не требуются дополнительные затраты энергии. Единственно существенный недостаток – это большой объем подготовительно-нарезных выработок. Его можно устранить (в меру возможности) только при механическом перемещении по горизонтали, используя определенные технические средства. Этот комплекс можно кратко назвать – технической схемой. В чистом виде он просматривается при отработке горизонтальных рудных тел. Его совершенствование началось с применения скреперных установок. При всех инженерных «ухищрениях» при скреперной доставке почти неустраним весьма существенный недостаток – большие затраты энергии на перемещение руды волочением из-за трения руды о руду в дробленом состоянии. Стремление устранить этот недостаток и определило весь дальнейший ход совершенствования механической схемы: применение колеса, использование эффекта от вибрации. В итоге все более утверждается взаимодействие выделенных двух схем с получением синергетического эффекта – получили распространение комбинированные схемы широким применением самотечной доставки по очистному пространству и специализированным выработкам – рудоспускам, при перемещении руды по доставочным горизонтам при помощи самоходного оборудования и конвейеров с вибрационным эффектом.