СПОСОБ ПОДГОТОВКИ НОВОГО ТРАНСПОРТНОГО ГОРИЗОНТА И ЭКСКАВАТОРНО-ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК E21C41/26 E21C47/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке пластовых пологопадающих и наклонных месторождений с применением железнодорожного транспорта.

Известен способ открытой разработки полезных ископаемых (авт. св. СССР 1285151, кл. Е 21 С 41/00, опубл. в БИ 3, 1987 г.), включающий формирование транспортных коммуникаций, раздельную выемку полезного ископаемого (ПИ) и вскрышных пород уступами, подготовку экскаваторных заходок массивов уступов, планировку развал пород по трассе движения экскаватора и погрузку пород в транспортные средства. При этом по развалу пород подготовленной экскаваторной заходки одновременно с его планировкой проходят траншею с совмещением ее борта со стороны массива вскрышного уступа с его откосом, а транспортные коммуникации формируют в указанной траншее, причем подготовку следующей экскаваторной заходки ведут одновременно с отработкой первой экскаваторной заходки.

При использовании экскаватора с нижним черпанием, до начала отработки экскаваторной заходки планировку развала пород до трассе движения экскаватора производят на длину, превышающую минимальную длину площадки установки экскаватора. Затем по мере отработки экскаваторной заходки и срабатывания спланированного участка снова производят планировку развала пород в направлении подвигания забоя, после чего цикл работ повторяют до полной отработки экскаваторной заходки.

При использовании железнодорожного транспорта траншею по развалу пород экскаваторной заходки проходят на длину, превышающую длину железнодорожного состава, и по мере отработки экскаваторной заходки и сокращения длины траншеи до величины:
L_тр=L_жд+L_т+L_з, м,
где L_тp - минимальная длина траншеи, м;
L_жд - длина железнодорожного состава, м;
L_т - длина минимального участка от конца железнодорожного состава до торца траншеи, м;
L_з - длина участка по трассе железнодорожного пути от пункта загрузки до конца забоя экскаватора, м,
траншею удлиняют в направлении подвигания забоя, после чего цикл работ повторяют.

При этом траншею проходят одновременно с отработкой экскаваторной заходки, причем проходку траншеи ведут с опережением отработки указанной заходки на величину
L₀>L_жд+L_т+L_з, м,
где L₀ - величина опережения проведения траншей, м.

Описанный выше способ разработан для отработки вскрышных пород, покрывающих пласт ПИ (полезного ископаемого), наклонным слоем, продольными заходками по простиранию продуктивной толщи, и не предназначен для использования при подготовке новых горизонтов. В этих условиях может быть применен только используемый в данном способе комплекс оборудования.

Известен также способ подготовки новых горизонтов (Пилипенко А.Н, Протасов А. И. Опыт подготовки новых горизонтов на разрезе Томусинском 3-4. Сб. "Добыча угля открытым способом", 1968, 5, М., изд. "Недра", с. 5-8) при отработке свиты пологих пластов с углом падения 10-12^o, при котором вскрышные породы над пластом III(верхним) и междупластье пластов III и IV-V отрабатывают горизонтальными уступами продольными заходками по простиранию продуктивной толщи по транспортной системе разработки, а нарезку транспортных горизонтов осуществляют путем отработки понижающимися продольными заходками треугольных призм разрезных траншей со стороны висячего бока пласта. Первую часть породного треугольника шириной 70 м и высотой до 7,5 м (устанавливаемых в зависимости от линейных параметров погрузочного оборудования) взрывают и за одну заходку перегружают на лежачий бок пласта, отсыпая навал высотой 15 м и шириной 55-60 м, который затем отгружают за несколько заходок другим погрузочным оборудованием в средства транспорта, а породу из оставшейся части породного треугольника отрабатывают за несколько заходок высотой от 7,5 до 15 м с отгрузкой породы без переэкскавации в средства транспорта, располагаемые на кровле пласта ПИ.

К недостаткам этого способа подготовки новых горизонтов следует отнести:
- необходимость опережения на 80-100 м вышележащих уступов для отработки первой заходки разрезной траншеи и сохранение его в течение всего периода эксплуатации месторождения, а на каждом подготовленном горизонте необходимость создания этого опережения за счет интенсификации на нем горных работ, в результате чего график режима горных работ приобретает пульсирующий характер, что значительно ухудшает технико-экономические показатели ведения горных работ в целом по карьеру;
- необходимость создания опережения на 100-110 м фронта горных работ (ФГР) по верхнему пласту ПИ относительно ФГР на междупластье для размещения временного навала вскрышных пород и железнодорожного пути на почве пласта ПИ и сохранение этого опережения в течение всего периода эксплуатации месторождения, что также ухудшает режим горных работ;
- ограниченность применения рассматриваемого способа, связанная с наличием весьма редких природно-технологических условий, при которых целесообразно размещение железнодорожных путей на почве и кровле пласта ПИ и создание опережения ФГР вышележащих уступов от ФГР междупластья в 180-210 м (например, на месторождениях со спокойным залеганием пластов, без геологических нарушений и при естественном отставании выхода на поверхность верхнего пласта от нижних пластов свиты).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подготовки новых транспортных горизонтов при открытой разработке пологих пластов (Васильев Е.И, Молотилов С.Г, Кортелев О.Б. Особенности подготовки горизонтов при открытой разработке пологих пластов. Сб. "Добыча угля открытым способом", 1968, 8, М., изд. "Недра", с. 22-25), включающий выполнение нижеследующих горно-подготовительных операций: в начале периода подготовки нового транспортного горизонта осуществляют отработку подготовленного уступа, являющегося верхним, продольными заходками, подвигая ФГР на минимальную ширину В_н, достаточную для начала работ по проведению пионерной траншеи нового транспортного горизонта; затем одновременно с проходкой разрезной траншеи (понижающими заходками с переменной высотой) на нижележащий подготавливаемый горизонт производят дальнейшую отработку верхнего уступа, создавая на подготовленном горизонте рабочую площадку типовой ширины Ш_рп и обеспечивая проведение разрезной траншеи на полную глубину Н_у, причем транспортным горизонтом в данном способе является вышележащий подготовленный горизонт, и вслед за отработкой продольных траншейных заходок производят выемку наклонным слоем тоже продольными заходками вскрываемых запасов пласта ПИ, а после завершения проходки разрезной траншеи на полную глубину сооружают съезд на подготовленный горизонт, которым и завершают процесс подготовки нового транспортного горизонта.

Недостатками рассматриваемого способа являются:
- наличие пауз в производстве траншейных работ на первом этапе периода подготовки нового транспортного горизонта (этапе расширения разрезной траншеи), а следовательно, и паузы в пополнении карьера вскрытыми запасами с отрабатываемого пласта ПИ, предопределяет необходимость увеличения объема переходящих запасов ПИ, образуемых путем создания значительного опережения вскрышного ФГР относительно добычного на вышеуказанном пласте ПИ, что приводит к увеличению объема вскрышных работ в период строительства карьера и ухудшает режим горных работ в период его эксплуатации;
- возникновение пульсирующего графика режима горных работ (в случае отсутствия необходимого объема переходящих запасов ПИ), что ведет к ухудшению технико-экономических показателей ведения горных работ и предопределяет применение специальных способов управления параметрами рабочей зоны карьера, устраняющих в той или иной мере пульсацию объемов горных работ;
- увеличение по всем статьям затрат стоимости проходки разрезной траншеи по сравнению с отработкой верхнего уступа вследствие наличия при нарезке нового транспортного горизонта большого количества траншейных заходок малой высоты, характеризуемых высокими стоимостными показателями.

Известна группа из двух комплексов оборудования, участвующих в реализации способа подготовки новых транспортных горизонтов (Васильев Е.И, Молотилов С.Г, Кортелев О.Б. Особенности подготовки горизонтов при открытой разработке пологих пластов. Сб. "Добыча угля открытым способом", 1968, 8, М., изд. "Недра", с. 22-25).

На отработке верхнего уступа в течение всего периода подготовки нового транспортного горизонта применяют комплекс оборудования, состоящий из экскаватора-мехлопаты с нижним черпанием, железнодорожного пути, укладываемого на уровне стояния экскаватора-мехлопаты, и локомотивов с думпкарами (локомотивосоставов), перемещаемых по железнодорожному пути.

При проходке разрезной траншеи (которую начинают осуществлять сразу же после подвигания верхнего уступа на величину В_н и завершают в конце периода подготовки нового транспортного горизонта) применяют комплекс оборудования, состоящий из траншейного экскаватора-мехлопаты с верхней погрузкой породы в средства транспорта, железнодорожного пути, укладываемого на почве подготовленного уступа и локомотивосоставов, перемещаемых по этому пути.

К недостаткам данной группы комплексов оборудования следует отнести:
- применение в комплексе оборудования для проходки разрезной траншеи дорогостоящего траншейного экскаватора типа ЭВГ-6 с удлиненной стрелой, осуществляющего верхнюю погрузку породы в средства транспорта, что определяет высокую стоимость погрузочных и путепереукладочных работ вследствие низкой производительности экскаватора ЭВГ-6 (из-за малой емкости ковша и большой продолжительности экскаваторного цикла) и меньшей (чем на отработке верхнего уступа) ширины траншейной заходки;
- увеличение парка траншейных экскаваторов выше нормативного уровня вследствие крайне неравномерного распределения во времени траншейных работ в течение всего периода подготовки нового транспортного горизонта: в первый период подготовки каждого нового транспортного горизонта они полностью отсутствуют (паузы достигают 0,5 года и более), а затем их доля постепенно возрастает с 15-20 до 50%.

Известна также группа из трех комплексов оборудования, участвующих в реализации способа подготовки новых транспортных горизонтов на разрезе Томусинском 3-4 (Пилипепко А.Н, Протасов А.И. Опыт подготовки новых горизонтов на разрезе Томусинском 3-4. Сб. "Добыча угля открытым способом", 1968, 5, М. ,изд. "Недра").

На отработке верхнего уступа в течение всего периода подготовки нового транспортного горизонта применяют комплекс оборудования, состоящий из экскаватора-мехлопаты с нижним черпанием, железнодорожного пути, уложенного на уровне стояния экскаватора-мехлопаты, и локомотивосоставов, передвигающихся по этому пути.

На отработке первой заходки разрезной траншеи используют комплекс оборудования, состоящий из экскаватора-драглайна, установленного на развале горной породы, перегрузочного звена, представляющего собой породный навал, оборудованный экскаватором-мехлопатой и железнодорожной колеей, и локомотивосоставов, посредством которых осуществляют вывоз породы из карьера.

На отработке последующих заходок разрезной траншеи и устройстве съезда на новый транспортный горизонт применяют экскаватор-мехлопату с нижним черпанием, локомотивосоставы и железнодорожный путь, укладываемый на кровле пласта ПИ.

Недостатками данной группы комплексов оборудования являются:
- наличие трех комплексов оборудования для подготовки нового транспортного горизонта, что ведет к снижению производительности этого оборудования вследствие усложнения организации ведения горных работ;
- применение для нарезки нового транспортного горизонта комплекса оборудования с перегрузочным звеном, оснащенным экскаватором-мехлопатой и железнодорожной колеей, ведет к существенному удорожанию и без того высокой стоимости траншейных работ;
- использование железнодорожных комплексов оборудования, предусматривающих расположение железнодорожных путей на почве или кровле пласта ПИ при неспокойном его залегании, значительно усложняет, а в некоторых случаях делает нецелесообразным или даже невозможным применение этих комплексов для проходки разрезной траншеи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является комплекс оборудования, реализующий способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых по авт. св. СССР 128 5151, Е 21 С 41/00, опубл. в БИ 3, 1987, в который входят перемещаемый по развалу взорванной породы экскаватор-драглайн, осуществляющий погрузку этой породы в средства транспорта, и уложенный в траншее на уровне стояния экскаватора-драглайна железнодорожный путь, по которому перемещают локомотивосоставы.

К недостаткам данного комплекса оборудования следует отнести:
- невозможность применения мощных экскаваторов-драглайнов с емкостью ковша 12,5 м³ и более в связи с малой (до 4,2 м³/м) удельной вместимостью кузова выпускаемых в стране думпкаров;
- просыпи породы и увеличение экскаваторного цикла при непосредственной погрузке породы в думпкары экскаватором-драглайном в связи с гибкой подвеской ковша на канатах;
- большая продолжительность погрузки локомотивосоставов при поковшовой загрузке их экскаватором-драглайном.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является улучшение режима горных работ за счет устранения пульсации объемов вскрышных и добычных работ в период подготовки нового транспортного горизонта; увеличение производительности горного и транспортного оборудования за счет создания условий для увеличения его мощности и степени использования во времени на основной работе; удешевление стоимости работ по подготовке нового транспортного горизонта за счет нарезки последнего высокими заходками и повышения эффективности использования применяемого оборудования; расширение области применения железнодорожного транспорта на месторождениях с неспокойным залеганием пластов ПИ за счет расположения транспортных коммуникаций выше пласта ПИ и применения экскаваторов-драглайнов с нижним черпанием.

Это достигается за счет того, что в способе подготовки нового транспортного горизонта, включающем отработку продольными заходками подготовленного уступа высотой Ну, являющегося верхним, создание на почве этого уступа рабочей площадки типовой ширины Ш_рп, нарезку продольными понижающимися заходками переменной высоты подготавливаемого уступа, являющегося нижним, устройство съезда на новый транспортный горизонт и отработку вскрываемого пласта ПИ наклонным слоем, согласно техническому решению, отработку верхнего уступа высотой Н_у и нарезку нижнего уступа производят одновременно с самого начала подготовки нового транспортного горизонта с подъемом вскрышных пород на транспортный горизонт, ранее созданный на кровле верхнего уступа, причем отработку толщи вскрышных пород обоих уступов с переменной высотой h, изменяющейся от Н_у до 2Н_у, осуществляют продольными заходками одним сплошным забоем, и вслед за отработкой этих заходок производят отработку вскрываемого пласта ПИ наклонным слоем, при этом отработку заходки высотой h=2Н_у осуществляют совместно со смежной с ней заходкой верхнего уступа одним сплошным забоем, образуя на почве последнего рабочую площадку минимальной ширины Ш^1рп, и на эту площадку в это же время проходят съезд и создают па ней транспортный горизонт, затем на этом транспортном горизонте осуществляют отработку следующей заходки, расширяя рабочую площадку до типовой ширины Ш_рп и завершая этим нарезку нижнего уступа и создание на его кровле транспортного горизонта, который является новым.

Существенными отличиями предлагаемого способа являются следующие:
- Одновременная отработка с самого начала подготовки нового транспортного горизонта верхнего уступа высотой Н_у и нарезка нижнего уступа.

Это позволяет устранить паузу в пополнении карьера вскрытыми запасами с отрабатываемого пласта ПИ, что сокращает объем переходящих запасов до нормативного уровня и тем самым устраняет необходимость создания для воспроизводства этих запасов опережения вскрышного ФГР относительно добычного по данному пласту ПИ.

- Отработка обоих уступов с подъемом вскрышных пород на транспортный горизонт, созданный ранее на кровле верхнего уступа.

Это позволяет избежать необходимости создания транспортного горизонта для нарезки нижнего уступа, в результате чего угол рабочего борта карьера в зоне подготовки нового транспортного горизонта увеличивается на 4-6^o, при этом на 20-25% сокращается объем по нарезке нижнего уступа, уменьшается разнос борта карьера и полностью исключается во время подготовки нового транспортного горизонта пульсация объемов горных работ.

- Отработка толщи вскрышных пород обоих уступов с переменной высотой h, изменяющейся от Н_у до 2Н_у, продольными заходками одним сплошным забоем.

Это позволяет значительно увеличить высоту этих заходок и тем самым снизить стоимость подготовки нового транспортного горизонта по статьям затрат на буровзрывные работы, экскавацию, транспортирование, передвижку и содержание железнодорожных путей, бульдозерные работы, то есть практически по всем статьям затрат.

- Совместная отработка одним сплошным забоем заходки высотой h=2Н_у со смежной с ней заходкой верхнего уступа, с помощью которой на почве последнего образуют рабочую площадку минимальной ширины Ш_рп ¹, проходка в это же время съезда на эту площадку и создание на ней транспортного горизонта, а затем отработка на данном транспортном горизонте следующей заходки для расширения рабочей площадки до типовой ширины Ш_рп и для завершения нарезки нижнего уступа и создания на его кровле транспортного горизонта, который является новым.

Такой порядок выполнения вышеуказанных операций обеспечивает высокую степень совмещения их во времени, что существенно сокращает общую продолжительность подготовки нового транспортного горизонта.

Создание нового транспортного горизонта на последних этапах рассматриваемого периода упрощает систему вскрывающих трасс, так как к этому времени в зоне подготовки новых транспортных горизонтов выполнено по существу развитие карьерного пространства, позволяющее продлить на нижеследующий горизонт расположенную на торцовом борту карьера стационарную тупиковую трассу и ликвидировать на этом горизонте скользящий съезд.

Целесообразно одним и тем же экскаватором-драглайном поочередно осуществлять отработку толщи вскрышных пород верхнего и нижнего уступов продольными заходками одним сплошным забоем и выемку вскрываемых этими заходками запасов пласта ПИ с погрузкой последнего в средства транспорта, находящиеся на кровле верхнего уступа.

Отработка вскрышных и добычных заходок одним и тем же экскаватором-драглайном с погрузкой вскрышных пород и ПИ в средства транспорта, находящиеся на кровле верхнего уступа, полностью исключает при подготовке нового транспортного горизонта использование добычного комплекса оборудования, сокращает (в среднем на 1000 м) расстояние транспортирования при добыче ПИ вследствие выполнения экскаватором-драглайном транспортных функций при подъеме ПИ из добычного забоя на вышележащий транспортный горизонт.

Решение технической задачи также достигается за счет того, что экскаваторно-железнодорожный комплекс оборудования для подготовки нового транспортного горизонта, включающий перемещаемый по развалу взорванной породы экскаватор-драглайн, железнодорожный путь и локомотивосоставы, сформированные из думпкаров и локомотива, согласно техническому решению, снабжен перегрузочным бункером и железнодорожный путь в нем уложен на кровле верхнего уступа, при этом перегрузочный бункер выполнен в виде металлического каркаса со встроенными в него вибропитателями, над которыми сооружена накопительная емкость, причем металлический каркас установлен на шасси, включающем по меньшей мере три оси с колесными парами, при этом крайние колесные пары для разворота снабжены опорными кругами, закрепленными на осях и выполнены с элементами изменения траектории движения, а между металлическим каркасом и шасси смонтированы блоки амортизаторов динамических нагрузок, которые через систему домкратов оперты на породу, уступа при загрузке экскаватором-драглайном накопительной емкости перегрузочного бункера.

Существенными отличиями предлагаемого экскаваторно-железнодорожного комплекса оборудования для подготовки нового транспортного горизонта являются следующие:
- Укладка железнодорожного пути на кровле верхнего уступа.

Это уменьшает расстояние транспортирования вскрышных пород железнодорожным транспортом и расширяет область применения этого вида транспорта на месторождениях с неспокойным залеганием пластов ПИ, так как железнодорожный путь укладывают на горизонте, находящемся на высоте h=(1-2)Н_y от пласта ПИ.

- Использование в комплексе оборудования для подготовки нового транспортного горизонта перегрузочного бункера.

Это устраняет жесткую зависимость удельной вместимости Е_кэ ковша экскаватора-драглайна от удельной вместимости Е_кд кузова думпкара (для производительной работы экскаватора-драглайна при непосредственной загрузке им думпкаров необходимо, чтобы Е_кэ<Е_кд), поперечное сечение которого ограничено допустимыми размерами подвижного состава для карьерных рельсовых путей, что позволяет использовать в данном комплексе оборудования экскаватор-драглайн с емкостью ковша 20 м³ и более и выпускаемые в стране думпкары с удельной вместимостью кузова 4,2 м³/м, и при этом полностью исключить просыпи породы на железнодорожные пути.

- Выполнение перегрузочного бункера в виде металлического каркаса со встроенными в него вибропитателями, над которыми сооружена накопительная емкость.

Это существенно уменьшает его вес и габариты. В качестве вибропитателей целесообразно использовать вибропитатели с направленными колебаниями, например ВВДР. Эти вибропитатели имеют длину 6-8 м и при использовании их на полную длину ширина бункера будет равна 7-9 м. Техническим решением предусмотрено загрузку думпкара осуществлять с одной его стоянки, в связи с этим погрузочное устройство перегрузочного бункера должно быть не менее 11-12 м, а общая высота перегрузочного бункера для удобной загрузки его экскаватором-драглайном - не более 12-13 м. При этих размерах вес порожнего перегрузочного бункера будет составлять 80-100 т, что позволяет выполнить перегрузочный бункер передвижным.

- Наличие в перегрузочном бункере накопительной емкости позволяет сократить простои экскаватора-драглайна во время смены груженого локомотивосостава на порожний и уменьшить продолжительность погрузки последнего за счет создания запаса горной массы в данной емкости и быстрого выпуска ее несколькими вибропитателями.

- Установка металлического каркаса перегрузочного бункера со встроенными в него вибропитателями и накопительной емкостью на шасси с колесными парами.

Данное техническое решение при вышеуказанных весе и размерах перегрузочного бункера и при условии перемещения его в порожнем состоянии является наиболее целесообразным, поскольку это позволяет значительно упростить конструкцию передвижного перегрузочного бункера.

- Использование шасси для перегрузочного бункера, включающего по меньшей мере три оси с колесными парами, причем крайние из них для разворота снабжены опорными кругами, закрепленными на осях, и выполнены с элементами изменения траектории движения.

Это позволяет перегрузочному бункеру при ограниченных размерах рабочей площадки выполнять маневры на уступе, меняя траекторию его движения за счет возвратно-поступательного перемещения перегрузочного бункера.

- Монтаж между металлическим каркасом перегрузочного бункера и шасси блоков амортизаторов динамических нагрузок, опертых на породу уступа через систему домкратов при загрузке экскаватором-драглайном накопительной емкости перегрузочного бункера.

Это обеспечивает высокую работоспособность перегрузочного бункера при больших динамических нагрузках, возникающих во время разгрузки ковша экскаватора-драглайна в накопительную емкость. Смонтированные между каркасом и шасси блоки амортизаторов динамических нагрузок могут быть выполнены в виде резино-металлических пакетов. В качестве домкратов целесообразно использовать гидроцилиндры, например, от механизированных шахтных крепей. Несущая способность современных гидроцилиндров достигает до 500 т и более. Перегрузочный бункер для работы с домкратами снабжен гидравлической системой управления и маслостанцией. Гидросистемы также используют для управления траекторией перемещения перегрузочного бункера при маневрах на уступе.

- Целесообразно крайние колесные пары шасси снабдить элементами присоединения к независимому источнику передвижения, например, к бульдозеру.

Это значительно упрощает конструкцию перегрузочного бункера и снижает стоимость его изготовления. В качестве независимого источника передвижения целесообразно использовать применяемый при работе экскаваторно-железнодорожного комплекса на зачистке почвы уступа бульдозер, так как на этой работе он загружен периодически и поэтому может быть использован на перемещении перегрузочного бункера.

- Целесообразно также средние колесные пары шасси снабжать встроенными приводами, а в качестве элементов изменения траектории движения крайних колесных пар использовать, например гидрофицированные рули управления.

Это позволяет перегрузочному бункеру выполнять маневры на уступе для обеспечения полноты заполнения его накопительной емкости, а также с целью его перемещения вслед за продвижением эскаватора-драглайна.

Сущность предлагаемого способа подготовки нового транспортного горизонта и комплекса оборудования для его осуществления иллюстрируется примерами конкретной реализации и чертежами.

На фиг.1 изображено положение горных работ при отработке первой заходки на подготовке нового транспортного горизонта с использованием экскаваторно-железнодорожного комплекса оборудования.

На фиг.2 - принципиальная схема подготовки нового транспортного горизонта, разрез А-А на фиг.1.

На фиг. 3 - положение горных работ во время отработки последних заходок при подготовке нового транспортного горизонта с использованием экскаваторно-железнодорожного комплекса оборудования.

На фиг.4 - принципиальная схема подготовки нового транспортного горизонта, разрез А-А на фиг.3.

На фиг.5 - принципиальная схема экскаваторно-железнодорожного комплекса оборудования для погрузки горной массы в локомотивосоставы при нарезке нового транспортного горизонта и выемке ПИ, вид в плане.

На фиг.6 - то же, разрез А-А на фиг.5.

На фиг.7 - принципиальная схема перегрузочного бункера - проекция на вертикальную плоскость.

На фиг.8 - то же, разрез 1-1 на фиг.7.

На фиг.9 - то же, разрез II-II на фиг.7.

Условные обозначения для фиг.1-7:
вскрышная заходка по целику с порядковым номером на подготовке нового транспортного горизонта;
добычная заходка по целику с порядковым номером при выемке пласта ПИ;
r₁ - шаг передвижки железнодорожного пути при отработке всех заходок толщи вскрышных пород, кроме последней, на подготовке нового транспортного горизонта, м;
r₂ - шаг передвижки железнодорожного пути при отработке последней заходки толщи вскрышных пород при подготовке нового транспортного горизонта, м;
Ш_pп ¹ - минимальная ширина рабочей площадки на вскрышном уступе, м;
Ш_рп - типовая ширина рабочей площадки на вскрышном уступе, м;
В_б - ширина бермы безопасности на вскрышном уступе, м;
h - высота заходки по целику при подготовке нового транспортного горизонта, м;
Н_у - высота вскрышного уступа, м;
l_oп - опережение вскрышного забоя относительно добычного забоя экскаваторных заходок, м;
+286 - высотная отметка транспортного горизонта, м.

Предлагаемый способ подготовки нового транспортного горизонта осуществляют следующим образом. С самого начала его подготовки (фиг.1 и 2), когда на кровле 1 верхнего, подготовленного уступа 2 завершено создание транспортного горизонта (на фиг. 2 - горизонт с высотной отметкой +286), производят одновременно отработку верхнего, подготовленного уступа 2 высотой Н_у и нарезку нижнего, подготавливаемого уступа 3. Естественно при этом осуществляют отработку всех вышележащих уступов вскрышной зоны карьера, начиная с уступа 4. Отработку толщи 5 вскрышных пород верхнего 2 и нижнего 3 уступов с переменной высотой h, изменяющейся от Н_у до 2Н_у, осуществляют по простиранию пласта 6 ПИ продольными вскрышными заходками с номерами 1,...6 одним сплошным забоем (фиг. 2, 4), для чего предварительно породу этих заходок разрушают взрывом. В качестве экскавационного оборудования применяют экскаваторы с нижним черпанием, например, экскаватор-драглайн 7, размещенный на развале 8 взорванной породы. Погрузку взорванной породы осуществляют или непосредственно в средства транспорта, или через перегрузочное звено, например перегрузочный бункер 9. Транспортное оборудование может быть различным, например в виде локомотивосоставов 10 (фиг.1, 3, 5), сформированных из думпкаров 11 и локомотива 12; железнодорожный путь 13 размещен на транспортном горизонте +286. При отработке вскрышных заходок 1,...5 целесообразен челночный порядок перемещения забоев, отработку заходок 6, 7 и 8 осуществляют от торца карьера со съездом. Вслед за отработкой вскрышных заходок 1... 6 производят выемку запасов ПИ из добычных заходок 1¹, ....6¹, предварительно взорвав его на рыхление (развал 14). Добычу ПИ осуществляют добычным комплексом оборудования, состоящим, например, из экскаватора-мехлопаты 15 и автосамосвалов 16 (фиг.3).

Последнюю заходку толщи 5 вскрышных пород уступов 2 и 3, в данном примере вскрышную заходку 6 отрабатывают совместно со смежной вскрышной заходкой 7 уступа 2 одним сплошным забоем (фиг.3 и 4), образуя на почве уступа 2 рабочую площадку минимальной ширины Ш_рп ¹. Совместной отработкой заходок 6-7 завершают нарезку нижнего уступа 3 на горизонте +250 (фиг.4), а образованием вышеуказанной рабочей площадки начинают создание нового транспортного горизонта на кровле нижнего уступа 3. Вслед за отработкой вскрышной заходки 7 на образованную рабочую площадку проходят съезд 17 и создают на ней транспортный горизонт. Затем на этом транспортном горизонте отрабатывают следующую вскрышную заходку, в данном случае вскрышную заходку 8 (фиг.3), расширяя этой заходкой рабочую площадку до типовой ширины Ш_рп.

Проходкой съезда 17 на вышеуказанную рабочую площадку, устройством на ней транспортных коммуникаций и отработкой вскрышной заходки 8 уступа 2 завершают создание нового транспортного горизонта +268 на кровле нижнего уступа 3.

При подготовке следующего нового транспортного горизонта все описанные выше операции повторяют вновь. При этом верхним уступом будет являться подготовленный уступ на горизонте +250, а нижним - подготавливаемый уступ на горизонте +238.

При использовании в данном способе экскаватора-драглайна 7, имеющего большие линейные параметры, появляется возможность, наряду с отработкой им продольными заходками 1, . ..6 толщи 5 вскрышных пород уступов 2 и 3 одним сплошным забоем и погрузкой этих пород в средства транспорта на горизонте +286 осуществлять еще и выемку ПИ из добычных заходoк 1¹,...6¹ (фиг.5 и 6) с погрузкой ПИ в средства транспорта, например локомотивосоставы 10, также находящиеся на кровле 1 подготовленного, верхнего уступа 2 на транспортном горизонте +286. Такая схема ведения горных работ обеспечивается за счет возможного (в пределах радиуса черпания экскаватора-драглайна 7) опережения l_оп вскрышного забоя 20 (фиг.5) относительно добычного забоя 21 экскаваторных заходок. Анализ показывает, что данная схема ведения горных работ не только возможна, но в некоторых случаях даже и целесообразна, например, при отработке первых вскрышных заходок толщи 5 уступов 2 и 3, когда объемы вскрышных пород этих заходок не обеспечивают полной загрузки экскаватора-драглайна 7, мощность которого подбирают из условия равенства скоростей подвигания ФГР на отработке последней заходки 6 толщи 5 и уступа 4 вскрышной зоны карьера. Предлагаемая схема добычи ПИ позволяет полностью исключить применение добычного комплекса оборудования, функции которого в данном примере выполняет более экономичный экскаваторно-железнодорожный комплекс оборудования.

Система вскрывающих трасс зоны подготовки новых транспортных горизонтов, кроме применяемого способа их нарезки, зависит еще от условий залегания пласта 6 ПИ и вида используемого транспорта. В данном примере при отработке заходки 8 (начало создания нового транспортного горизонта +268) она состоит из двух скользящих съездов 17 и 22 (фиг.3), тупикового заезда 23, расположенного в торце карьера на горизонте +286, и общей тупиковой трассы, размещенной на торцовом борту карьера выше горизонта +304 (на фиг.3 она не показана). Возможны и другие решения по размещению вскрывающих трасс, например, на почве нижнего пласта продуктивной толщи или на внутреннем отвале.

Экскаваторно-железнодорожный комплекс оборудования для подготовки нового транспортного горизонта состоит из экскаватора-драглайна 7, локомотивосоставов 10, сформированных из думпкаров 11 и локомотива 12, железнодорожного пути 13, уложенного на кровле 1 верхнего, подготовленного уступа 2 и перегрузочного бункера 9 (фиг.7-9), выполненного в виде металлического каркаса 24 со встроенными в него вибропитателями 25 и сооруженной над ними накопительной емкостью 26.

В качестве вибропитателей 25 могут быть использованы, например, вибропитатели ВВДР Магнитогорского завода, которые монтируют под углом от 0 до 10^o к горизонту. Производительность вибропитателя достигает 1500 т/ч, длина равна 6-8 м, а ширина 1,5-2,0 м.

Металлический каркас 24 установлен на шасси 27, включающем по меньшей мере три оси с колесными парами. В данном примере (фиг.7-9) изображен перегрузочный бункер 9 с четырьмя осями. Крайние колесные пары 28 для разворота снабжены опорными кругами 29, закрепленными на осях, и выполнены с элементами 30 для изменения траектории движения.

Между каркасом 24 и шасси 27 смонтированы блоки амортизаторов 31 динамических нагрузок, выполненные, например, в виде резинометаллических пакетов, которые через систему домкратов 32 установлены на породу уступа. При загрузке экскаватором-драглайном 7 накопительной емкости 26 перегрузочного бункера 9 в качестве домкратов 32 целесообразно использовать гидравлические домкраты (стойки), применяемые на угольных шахтах в механизированных крепях. Перегрузочный бункер 9 снабжен гидравлической системой управления (на фиг. 7-9 не показана).

Перегрузочный бункер 9 по уступу может перемешаться посредством бульдозера 33, для чего крайние колесные пары 28 снабжены элементами присоединения, например автосцепками 34 (фиг.7, 9).

Перегрузочный бункер 9 может быть выполнен самоходным, для чего средние колесные пары 35 снабжены встроенными приводами, например, мотор-колесами 36, а в качестве элементов изменения траектории движения крайних колесных пар 28 использованы, например гидрофицированные рули управления (на фиг. 7 - 9 не показаны).

Экскаваторно-железнодорожный комплекс оборудования для подготовки нового транспортного горизонта при отработке заходок 1....5 работает по одной и той же погрузочно-транспортной схеме. Суть ее заключается в следующем.

После проведения взрыва, до отработки экскаваторной заходки производят, начиная с торца карьера, планировку бульдозером 33 участка 37 развала 8 взорванной породы по трассе движения экскаватора-драглайна 7 (фиг.1, 3, 5). Затем размещают на этом участке 37 экскаватор-драглайн 7 и начинают отработку экскаваторной заходки, осуществляя ее за один проход. По мере срабатывания спланированного участка 37 вновь производят планировку развала 8 в направлении подвигания забоя. Такое повторение указанных операций обеспечивает размещение и передвижку экскаватора-драглайна 7 во время его работы на развале 8 взорванной породы. Погрузку этой породы из развала 8 осуществляют в находящиеся на транспортном горизонте +286 локомотивосоставы 10 с помощью перегрузочного бункера 9, который позволяет применять на экскавации породы экскаватор-драглайн 7 с емкостью ковша 15 м³ и более. Перегрузочный бункер 9 за счет имеющегося у него хода перемещается по мере продвижения экскаватора-драглайна 7 по полосе для размещения дополнительного оборудования, проходящей между бермой в_б безопасности и железнодорожной колеей 13 (фиг.6). Загрузку думпкаров 11 осуществляют вибропитателями 25, установленными под накопительной емкостью 26. В одновременной работе могут находиться от одного до четырех вибропитателей 25 в зависимости от положения думпкара 11 относительно перегрузочного бункера 9. Причем перегрузочный бункер 9 стоит па одном месте на домкратах 32, что уменьшает ударные нагрузки на шасси 27. При разгрузке ковша экскаватора-драглайна 7 в накопительную емкость 26 ударные нагрузки гасятся блоками амортизаторов 31.

После отгрузки породы из забоя и перемещения экскаватора-драглайна 7 на новую стоянку, когда перегрузочный бункер 9 будет находиться вне радиуса его действия, домкратами 32 опускают шасси 27 на породу верхнего уступа 2, и бульдозер 33 перемещает перегрузочный бункер 9 в зону радиуса действия экскаватора-драглайна 7. Перемещение перегрузочного бункера 9 в ту или другую сторону параллельно железнодорожному пути 13 осуществляют бульдозером 33 при соединении его автосцепками 34 с соответствующей стороны перегрузочного бункера 9. Перемещение перегрузочного бункера 9 по криволинейной трассе осуществляют за счет крайних колесных пар 28, снабженных опорными кругами 29 и элементами 30 для изменения траектории движения.

При применении самоходного перегрузочного бункера 9 его перемещают относительно экскаватора-драглайна 7 при незагруженной накопительной емкости 26 за счет работы мотор-колес 36. Обмен груженых локомотивосоставов 10 на порожние в данном примере осуществляют на обменном пункте, расположенном на торцовом борту (фиг.3) в конце тупикового съезда 23.

Вскрышные заходки 1,...5 отрабатывают при челночном перемещении забоев. После отработки каждой из этих заходок производят передвижку железнодорожного пути 13. Для этих заходок шаг r₁ передвижки определяют из выражения:

где А_з - ширина заходки по целику при подготовке нового транспортного горизонта, м;
α- угол падения пласта ПИ, град;
β- угол откоса вскрышного уступа, град;
ω- угол устойчивого откоса каждого уступа, град;
Вскрышные заходки 6, 7 и 8 отрабатывагот, начиная от торца карьера, со скользящими съездами 17 и 22 (фиг.3 и 4).

Наличие в предлагаемом экскаваторно-железнодорожом комплексе оборудования экскаватора-драглайна 7 с большими линейными параметрами позволяет отрабатывать заходки 6 и 7 совместно одним сплошным забоем по той же погрузочно-транспортной схеме, что и заходки 1,...5. Отработкой заходки 6 завершают нарезку уступа 3, а отработкой заходки 7 - создание на горизонте +268 рабочей площадки минимальной ширины Ш_рп ¹, обеспечивающей с учетом бермы в_б безопасности размещение развала 8 взорванной породы от первого ряда буровые скважин и транспортных коммуникаций, в данном примере железнодорожного тупика 19 за бермой в_б безопасности (фиг.2, 3).

Линейные параметры экскаватора-драглайна 7 позволяют также одновременно с отработкой одним сплошным забоем заходок 6-7 вести работы по созданию рабочей площадки типовой ширины Ш_рп на новом, создаваемом заходкой 7, транспортном горизонте +268. При этом шаг r₂ передвижки железнодорожного пути 13 будет равен (фиг.2):
r₂ = Ш_рп+r₁-H_y(ctgω-ctgβ), м.
При таком шаге передвижки возможно вслед за отработкой развала 8 взорванной породы заходок 6-7 за один проход экскаватора-драглайна 7 начать отработку следующей заходки 8 уступа 2, что позволит создать рабочую площадку типовой ширины Ш_рп и тем самым завершить подготовку нового транспортного горизонта +268. Для отработки данной заходки вводят в работу новый вскрышной комплекс оборудования. При этом расстояние между забоями вышеуказанных заходок должно быть не менее минимально допустимого расстояния 1₁ ^min, определяемого из выражения:
l₁ ^min=(R_B+n1_д), м,
где R_В - радиус разгрузки экскаватора-драглайна 7, м;
n - число думпкаров 11 в локомотивосоставе 10, шт;
l_д - длина думпкара 11 со сцепкой, м.

Отработку заходки 8 начинают с устройства на новый транспортный горизонт +268 скользящего съезда 17. Одновременно на торцовом борту карьера сооружают на горизонт +286 постоянный съезд, являющийся продолжением общей тупиковой трассы (на фиг.3 он не показан), и затем ликвидируют на этом горизонте скользящий съезд 22.

Вслед за отработкой заходок 1,...6 производят выемку вскрытых запасов пласта 6 ПИ добычным комплексом оборудования, состоящим, например, из экскаватора-мехлопаты 15 и автосамосвалов 16, при этом расстояние между забоями вскрышной и добычной экскаваторных заходок должно быть не менее минимально допустимого расстояния 1₂ ^min, определяемого из выражения:
1₂ ^min=1,5(R_b+R_д), м,
где R_д - радиус разгрузки добычного экскаватора-мехлопаты 15, м.

Кроме того, в целях повышения безопасности работ экскаватор-драглайн 7 оборудуют ограничителями поворота, так как в зону его радиуса R_в попадает оборудование, используемое на отработке уступа 4 вскрышной зоны карьера (фиг.1 и 2).

Выше указывалось, что подготовку нового транспортного горизонта и выемку ПИ возможно осуществлять одним и тем же экскаваторно-железнодорожным комплексом оборудования и по одной и той же погрузочно-транспортной схеме, поочередно отрабатывая вскрышу и добычу ПИ (фиг.5 и 6).

В этом случае сначала экскаватором-драглайном 7 отрабатывают вскрышу, обнажая на величину 1_оп пласт 6 ПИ, находящегося в пределах радиуса R_в экскаватора-драглайна 7 (фиг.5), а затем этим же экскаватором осуществляют выемку вскрытых запасов ПИ. На вскрыше и добыче ПИ целесообразно применять один и тот же транспорт, в данном примере железнодорожный. Этот порядок ведения горных работ эффективен во время отработки первых вскрышных заходок на подготовке нового транспортного горизонта.

При больших скоростях подвигания ФГР во вскрышной зоне карьера, когда на подготовке нового транспортного горизонта требуется применение двух экскаваторно-железнодорожных комплексов оборудования, их мощность и время ввода в работу второго комплекса необходимо устанавливать расчетным путем из условия одновременного завершения работ на подготовке нового транспортного горизонта и на уступах вскрышной зоны карьера.

Технико-эксплуатационные параметры описанного выше способа определены для условий разреза "Междуреченский" (Южный Кузбасс) при нарезке новых транспортных горизонтов по верхнему пласту свиты (угол падения пласта 6 ПИ α = 12⁰).

Эффективность его применения установлена в сравнении с предусмотренным проектом траншейным способом нарезки нового транспортного горизонта (базовый вариант), в котором на отработке и проходке разрезной траншеи понижающимися заходками на полную высоту уступа Н_у=17 м предусмотрено применение экскаваторов-мехлопат ЭКГ-8И с нижней погрузкой на отработке верхнего уступа в средства железнодорожного транспорта (локомотивы ОПЭ-3 и думпкары 2ВС-105), а на проходке разрезной траншеи - комбинированного автомобильно-железнодорожного транспорта (автосамосвалы БелАЗ-549, локомотивы ОПЭ-3 и думпкары 2ВС-105) при использовании на перегрузочных пунктах экскаватора-мехлопаты ЭКГ-8И.

В предлагаемом способе на подготовке нового транспортного горизонта предусмотрено применение экскаваторов-драглайнов ЭШ-10/70 с нижней погрузкой породы непосредственно (без перегрузочного бункера) в средства железнодорожного транспорта (локомотивы ОПЭ-3, думпкары 2ВС-105), а на последнем этапе подготовки нового транспортного горизонта (при расширении рабочей площадки на созданном горизонте) еще и экскаватора-мехлопаты ЭКГ-8И с нижней погрузкой породы в вышеуказанные средства железнодорожного транспорта.

Результаты расчета показывают, что в базовом варианте удельные эксплуатационные расходы на 1 т добычи выше, чем в предлагаемом способе, в 1,4 раза, а удельные капитальные затраты - в 1,23 раза, причем выше они по всем процессам вскрышных работ, кроме процесса экскавации.

При применении на погрузке в средства транспорта перегрузочного бункера с накопительной емкостью производительность экскаватора-драглайна ЭШ-10/70 увеличивается в 1,35 раза (вследствие устранения простоев, возникающих при обмене груженого локомотивосостава на порожний), а локомотивосостава - в 1,45 раза (вследствие сокращения продолжительности его погрузки в 5,92 раза). Эксплуатационные расходы в этом случае сократятся еще на 12,4%, а капитальные затраты - на 15,0%.

Наличие в данном комплексе оборудования перегрузочного бункера с накопительной емкостью вышеуказанных размеров позволяет применять на погрузке породы в локомотивосоставы более мощные экскаваторы-драглайны ЭШ-15/90, ЭШ 20/90, ЭШ 40/100. Применение этих экскаваторов-драглайнов позволяет интенсифицировать развитие горных работ в карьере и еще в большей степени повысить эффективность предлагаемого способа подготовки нового транспортного горизонта.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке пластовых пологопадающих и наклонных месторождений с применением железнодорожного транспорта. Технической задачей, решаемой данным изобретением, является улучшение режима горных работ и увеличение производительности горного и транспортного оборудования. Это достигается за счет того, что в способе подготовки нового транспортного горизонта, включающем отработку продольными заходками подготовленного уступа высотой Н_у, являющегося верхним, создание на почве этого уступа рабочей площадки типовой ширины Ш_рп, нарезку продольными понижающимися заходками переменной высоты подготавливаемого уступа, являющегося нижним, устройство съезда на новый транспортный горизонт и отработку вскрываемого пласта полезного ископаемого наклонным слоем, отработку верхнего уступа высотой Н_у и нарезку нижнего уступа производят одновременно с самого начала подготовки нового транспортного горизонта с подъемом вскрышных пород на транспортный горизонт, ранее созданный на кровле верхнего уступа, причем отработку толщи вскрышных пород обоих уступов с переменной высотой h, изменяющейся от Н_у до 2Н_у, осуществляют продольными заходками одним сплошным забоем, и вслед за отработкой этих заходок производят отработку вскрываемого пласта полезного ископаемого наклонным слоем, при этом отработку заходки высотой h=2Н_у осуществляют совместно со смежной с ней заходкой верхнего уступа одним сплошным забоем, образуя на почве последнего рабочую площадку минимальной ширины Ш_рп ¹, и на эту площадку в это же время проходят съезд и создают на ней транспортный горизонт, затем на этом горизонте осуществляют отработку следующей заходки, расширяя рабочую площадку до типовой ширины Ш_рп и завершая этим нарезку нижнего уступа и создание на его кровле транспортного горизонта, который является новым. Решение технической задачи также достигается за счет того, что экскаваторно-железнодорожный комплекс оборудования для подготовки нового транспортного горизонта снабжен перегрузочным бункером, и железнодорожный путь уложен на кровле верхнего уступа, при этом перегрузочный бункер выполнен в виде металлического каркаса со встроенными в него вибропитателями, над которыми сооружена накопительная емкость, причем металлический каркас установлен на шасси, включающем, по меньшей мере, три оси с колесными парами, крайние колесные пары для разворота снабжены опорными кругами, закрепленными на осях, и выполнены с элементами изменения траектории движения, а между металлическим каркасом и шасси смонтированы блоки амортизаторов динамических нагрузок, которые через систему домкратов оперты на породу уступа при загрузке экскаватором-драглайном накопительной емкости перегрузочного бункера. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Способ подготовки нового транспортного горизонта, включающий отработку продольными заходками подготовленного уступа высотой Н_у, являющегося верхним, создание на почве этого уступа рабочей площадки типовой ширины Ш_рп, нарезку продольными понижающимися заходками переменной высоты подготавливаемого уступа, являющегося нижним, устройство съезда на новый транспортный горизонт и отработку вскрываемого пласта полезного ископаемого наклонным слоем, отличающийся тем, что отработку верхнего уступа высотой Н_у и нарезку нижнего уступа производят одновременно с самого начала подготовки нового транспортного горизонта с подъемом вскрышных пород на транспортный горизонт, ранее созданный на кровле верхнего уступа, причем отработку толщи вскрышных пород обоих уступов с переменной высотой h, изменяющейся от Н_у до 2Н_у, осуществляют продольными заходками одним сплошным забоем, и вслед за отработкой этих заходок производят отработку вскрываемого пласта полезного ископаемого наклонным слоем, при этом отработку заходки высотой h=2Н_у осуществляют совместно со смежной с ней заходкой верхнего уступа одним сплошным забоем, образуя на почве последнего рабочую площадку минимальной ширины Ш_рп ¹, и на эту площадку в это же время проходят съезд и создают на ней транспортный горизонт, затем на этом горизонте осуществляют отработку следующей заходки, расширяя рабочую площадку до типовой ширины Ш_рп и завершая этим нарезку нижнего уступа и создание на его кровле транспортного горизонта, который является новым. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одним и тем же экскаватором-драглайном поочередно осуществляют отработку толщи вскрышных пород верхнего и нижнего уступов продольными заходками одним сплошным забоем и выемку вскрываемых этими заходками запасов пласта полезного ископаемого с погрузкой последнего в средства транспорта, находящиеся на кровле верхнего уступа. 3. Экскаваторно-железнодорожный комплекс оборудования для подготовки нового транспортного горизонта, включающий перемещаемый по развалу взорванной породы экскаватор-драглайн, железнодорожный путь и локомотивосоставы, сформированные из думпкаров и локомотива, отличающийся тем, что он снабжен перегрузочным бункером и железнодорожный путь в нем уложен на кровле верхнего уступа, при этом перегрузочный бункер выполнен в виде металлического каркаса со встроенными в него вибропитателями, над которыми сооружена накопительная емкость, причем металлический каркас установлен на шасси, включающем, по меньшей мере, три оси с колесными парами, при этом крайние колесные пары для разворота снабжены опорными кругами, закрепленными на осях, и выполнены с элементами изменения траектории движения, а между металлическим каркасом и шасси смонтированы блоки амортизаторов динамических нагрузок, которые через систему домкратов оперты на породу уступа при загрузке экскаватором-драглайном накопительной емкости перегрузочного бункера. 4. Комплекс по п.3, отличающийся тем, что крайние колесные пары шасси снабжены элементами присоединения к независимому источнику передвижения, например к бульдозеру. 5. Комплекс по п.3, отличающийся тем, что средние колесные пары шасси снабжены встроенными приводами, а в качестве элементов изменения траектории движения крайних колесных пар использованы, например, гидрофицированные рули управления.