Обоснование условий временного отвалообразования при поэтапном перемещении вскрышных пород карьерными автосамосвалами на разрезах Кузбасса

Выводы 29.

2. Исследование условий целесообразности организации временных отвалов при поэтапном перемещении вскрышных пород автомобильным транспортом 31.

2.1. Методический принцип оценки периода окупаемости временных отвалов и экономического эффекта.31.

2.2. Детализация методического принципа при использовании автомобильного транспорта.34.

2.3. Периоды развития временного отвала.39.

2.4. Технико-экономические показатели экскаваторно-автомобильных комплексов.40.

2.5. Влияние горнотехнических факторов на минимальный срок окупаемости временного складирования вскрыши.46.

2.6. Последовательность обоснования места организации временного отвала50 Выводы 52.

3. Управление грузопотоками при поэтапном перемещении вскрыши 55.

3.1. Режим горных работ, как основа планирования объемов вскрыши для складирования во временных отвалах.55.

3.2. Критерий планирования и управления вскрышными грузопотоками.58.

3.3. Оперативное планирование объемов вскрыши для размещения во временном отвале на основе разделения грузопотоков.61.

Выводы 65.

4. Оперативное управление количественным составом экскаваторно-автомобильных комплексов 67.

4.1. Анализ методических принципов формирования экскаваторно-автомобильных комплексов.67.

4.2. Основная идея перераспределения автосамосвалов по вскрышным забоям .71.

4.3. Математическое моделирование затрат на выемочно-погрузочные работы и транспортирование вскрыши.73.

4.2. Основная идея перераспределения автосамосвалов по вскрышным забоям .71.

4.3. Математическое моделирование затрат на выемочно-погрузочные работы и транспортирование вскрыши.73.

4.4. Исследование неравномерности работы экскаваторно-автомобильного комплекса.79.

4.5. Перераспределения автосамосвалов по забоям при временном отвал ообразовании.81.

Выводы.

5. Оценка экономической эффективности 85.

5.1. Горнотехнические условия организации временного отвала на участке № 3 разреза «Краснобродский.85.

5.2. Исходные данные и ожидаемая эффективность временного складирования вскрыши на разрезе «Краснобродский».90.

Заключение

94.

Литература

97.

Приложения 104.

Приложение 1. Справка об использовании результатов работы на разрезах УК «Кузбассразрезуголь» 105.

Приложение 2. Годовые справки об объемах складирования вскрыши во временных отвалах на разрезах «Краснобродский» и «Кедровский» 106.

Приложение 3 Фактические затраты на эксплуатациюоборудования 111.

Приложение 4. Сроки окупаемости временных отвалов 114.

Приложение 5. Минимально допустимые расстояния транспортирования.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы.

Формирование производственной программы на разрезах осуществляется с учетом горно-геологических и горнотехнических условий, эксплуатационных возможностей оборудования, состояния рынка угля и других факторов, которые в той или иной мере влияют на ее выполнение. Однако, изменение рыночных условий, недостаточная разведанность отрабатываемых запасов, изменчивость горно-геологических условий разработки, аварийные остановки оборудования и другие непредвиденные обстоятельства привносят в планирование необходимость текущей и оперативной корректировки производственной программы вскрышных работ, что приводит к объективным трудностям выполнения плана по добыче. Поэтому нередко выполнение плановых заданий входит в противоречие с существующими средствами на их выполнение.

На разрезах, где преобладающие объемы вскрыши перемещаются с использованием автомобильного транспорта, расстояние транспортирования породы на отвалы является одним из основных управляемых факторов, с помощью которого возможно сгладить негативное влияние непредвиденных обстоятельств. При этом управление расстоянием транспортирования может быть обеспечено путем поэтапного перемещения вскрыши с организацией временных отвалов в границах карьерного поля на краткоили среднесрочный период работы разреза с относительно меньшими расстояниями транспортирования. Это позволяет интенсифицировать подготовку запасов к выемке в нужные периоды времени. На разрезах Кузбасса при среднем коэффициенте горной массы 10−11 м3/т доля общих объемов выполненных работ по уборке «старых» отвалов, ранее размещенных в границах карьерного поля, составляет в среднем 0,4 м /т, что по отношению к объемам вскрыши составляет более 30 млн. м .

Такие технические решения, являясь объективно необходимыми, не могут быть предусмотрены проектами в силу не полной определенности условий работы разрезов. При эксплуатации разреза по утвержденному проекту они должны приниматься на основе текущего состояния и планируемого режима горных работ на период существования временного отвала с обязательным учетом фактора времени и определением срока окупаемости дополнительных затрат, связанных с временным складированием вскрыши.

Существование на разрезе временного отвала не означает, что в нем можно размещать вскрышу из любых забоев. Для эффективного оперативного управления грузопотоками должны быть исследованы и обоснованы укрупненные критерии выбора забоев, которые бы учитывали текущие горнотехнические параметры и стоимостные показатели работы разреза.

Экономически обоснованная организация временных отвалов на разрезах связана с перераспределением транспортных средств между вскрышными забоями. Очевидно, что такое перераспределение также должно быть максимально эффективным как с точки зрения затрат на эксплуатацию экскаваторно-автомобильных комплексов, так и с точки зрения их производительности.

Сформулированные вопросы свидетельствуют об актуальности исследования условий целесообразности временного отвалообразования при поэтапном перемещении вскрышных пород карьерными автосамосвалами на разрезах Кузбасса.

Работа выполнена в рамках программы интенсификации вскрышных работ на разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» на 2005 — 2010 гг. и планов НИР Кузбасского государственного технического университета.

Целью работы является обоснование условий временного отвалообразования, обеспечивающих эффективность поэтапного перемещения вскрыши карьерными автосамосвалами.

Объектом исследования является технология перемещения вскрышных пород автомобильным транспортом с временным их складированием в границах карьерного поля.

Предметом исследования являются технико-экономические показатели отвалообразования вскрыши при поэтапном ее перемещении автомобильным транспортом в зависимости от расстояний транспортирования и времени существования отвала.

Идея работы заключается в установлении влияния фактора времени на снижение приведенных затрат, связанных с перегрузом вскрышных пород при поэтапном ее перемещении.

Задачи исследования:

— установить влияние основных горнотехнических факторов на минимальный срок окупаемости временных отвалов при поэтапном перемещении вскрыши автомобильным транспортом;

— обосновать критерий разделения общего вскрышного грузопотока при планировании объемов породы для размещения во временных отвалах;

— обосновать технологический принцип перераспределения карьерных автосамосвалов по вскрышным забоям при организации на разрезе временного отвала.

Методы исследования: анализ и обобщение литературных источников по перемещению вскрышных пород с использованием автомобильного транспортаанализ фактического положения горных работ на разрезах, с применением временного отвалообразования вскрышистатистическая обработка данных о технико-экономических показателях работы экскаваторно-автомобильных комплексовматематическое моделирование технико-экономических показателей экскавации, транспортирования и складирования вскрышных пород.

Научные положения.

— сокращение расстояния транспортирования при перемещении вскрыши во временный отвал на 1,5 — 3,0 км при последующем ее перемещении в постоянный отвал на расстояние до 3 км, характерное для разрезов Кузбасса, предопределяет минимальный срок окупаемости временного складирования породы до 6 лет;

— минимально допустимое сокращение расстояния транспортирования, определяемое на стадии текущего планирования горных работ, является критерием для принятия решения о направлении вскрышных грузопотоков во временный или постоянный отвал;

— перераспределение карьерных автосамосвалов, освобождающихся при наличии на разрезе временных отвалов, целесообразно производить путем приоритетного формирования транспортных звеньев по принципу «один в очереди» для забоев с расстоянием транспортирования вскрыши более 1,5 — 2,0 км, что обеспечит увеличение производительности соответствующих экскаваторно-автомобильных комплексов на 5 — 25% при одновременном снижении совокупных затрат на экскавацию и перемещение вскрыши.

Научная новизна работы заключается:

— в установлении и обосновании влияния расстояний транспортирования вскрыши и текущих технико-экономических показателей разреза на срок окупаемости дополнительных затрат, связанных с временным складированием автомобильной вскрыши в границах карьерного поля;

— в обосновании критерия разделения вскрышного грузопотока и методических принципов планирования объемов вскрыши для размещения во временный отвал;

— в разработке принципа перераспределения парка автосамосвалов при наличии временного отвала, соблюдение которого обеспечивает увеличение производительности экскаваторно-автомобильных комплексов при одновременном снижении совокупных затрат на экскавацию и перемещение вскрыши.

Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследованияформулировании основной идеи достижения цели, организации сбора хронометражных наблюдений, разработке структуры математической модели технико-экономических показателей, в обобщении результатов исследования, формулировании выводов и рекомендаций.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, подтверждается:

— корректным использованием экономико-математической модели процессов экскавации и транспортирования горной массы с обоснованием адекватности всех элементов модели;

— непротиворечивостью результатов и выводов и их сопоставимостью с ранее выполненными исследованиями;

— положительными результатами оценки технико-экономической эффективности поэтапного перемещения вскрыши автомобильным транспортом с временным ее отвалообразованием в границах карьерного поля;

— фактически имеющимся на разрезах Кузбасса опытом внедрения временного отвалообразования в границах карьерного поля при использовании автомобильного транспорта.

Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют:

— обосновывать технико-экономическую эффективность временного складирования вскрышных пород в границах карьерного поля на стадии краткои среднесрочного планирования горных работ;

— осуществлять оперативное управление вскрышными грузопотоками для обеспечения текущей эффективности временного складирования вскрышных пород в границах карьерного поля;

— обеспечивать максимальную производительность экскаваторно-автомобильных комплексов при одновременном снижении затрат на их эксплуатацию путем рационального распределения имеющегося парка автосамосвалов.

Отличие от результатов других авторов заключается в разработке методов оценки эффективности временных автоотвалов в границах карьерного поля, основанных на расчете минимального срока окупаемости временно складируемой вскрыши и критериев разделения вскрышного грузопотока и распределения автосамосвалов по вскрышным забоям.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на XI международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России — новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово. — 2010), международной научно-практической конференции «Сибресурс — 2010» (Кемерово. — 2010), на технических совещаниях УК «Кузбассразрезуголь» (2009 — 2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, три из которых — в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение пять глав, заключение и приложение, изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 23 рисунка и список литературы из 84 наименований.

Выводы.

1. Организация временного отвала в пределах границ карьерного поля влечет за собой изменение расстояния транспортирования горной массы, требует перераспределения транспортной работы и, следовательно, перераспределения имеющегося парка автосамосвалов по вскрышным забоям.

2. Неравномерность общей продолжительности рейса автосамосвалов связана обусловливает простои экскаватора и автосамосвал, поэтому должна учитываться при формировании количественного звена транспортных средств.

3. При существующих принципах формирования экскаваторно-автомобильных комплексов в части рационального соотношения вместимости ковша экскаватора и кузова самосвала 1 минута простоя экскаватора в 3 — 5 раз дороже соответствующего простоя карьерного автосамосвала.

4. При комплектовании транспортного звена по принципу «один в очереди» обеспечивается увеличение производительности экскаваторно-автомобильного комплекса и снижение затрат на выемочно-погрузочные работы и транспортирование горной массы.

5. Перераспределение карьерных автосамосвалов, освобождающихся при наличии на разрезе временных отвалов, целесообразно производить путем приоритетного формирования транспортных звеньев по принципу «один в очереди» для наиболее удаленных вскрышных забоев.

5. Оценка экономической эффективности.

5.1. Горнотехнические условия организации временного отвала на участке № 3 разреза «Краснобродский.

На Краснобродском поле отрабатывается Краснобродское месторождение каменного угля двумя горными участками:

— № 2 — с применением ж.д. технологии (2 забоя) отрабатывает верхние горизонты на западном и восточном бортах, с приемом породы на ж.д. отвале Северный (на отвале прием породы ведет ЭШ 13/50 № 56).

— № 3 — с применением автотехнологии ведет добычные и вскрышные работы в северной и южной частях поля.

Добываемый уголь вывозится на угольные склады сортировочного комплекса и склад 3−7. Вскрышные породы складируются с южной части поля на внутреннем отвале Южный, с северной части вскрыша размещается на автоотвале Северный и на внешнем отвале Западный. В центральной части поля размещается вскрыша с забоев юго-западной антиклинали.

Отсыпка временного отвала предусмотрено двумя ярусами + 320 м и + 352 м. Заезд на ярус № 320м осуществляется с существующей автодороги на западном борту с отметки +318м, на ярус +352м — с этой же автодороги с отметки +340 м.

Перевозка горной массы для размещения на отвале производится технологическим автотранспортом БелАЗ-75 306, БелАЗ-75 131. На отвале принят бульдозерный способ отвалообразования, с применением бульдозеров CAT D9R CAT D10T.

Корректировкой горно-транспортной части проекта отработки Красно-бродского месторождения" предусматривалось вывозить вскрышные породы ж.д. транспортом на внешние отвалы: ж.д. Северный и автоотвал Южный и внутренние автоотвалы: Северный и Южный.

В связи со сложной экономической обстановкой в период кризиса, для сохранения филиала «Краснобродский угольный разрез» как градообразующего предприятия для поселков Краснобродский, Трудармейский, Карагайла, возникла необходимость снижения себестоимости добычи угля. (удельный вес добычи угля с участка № 3 составляет 22% от всего объема добычи филиала, включая Вахрушевское поле).

Наиболее затратным показателем в структуре себестоимости является горный фактор, а именно коэффициент вскрыши и расстояние транспортирования вскрыши. Снижать текущий коэффициент недопустимо, поскольку это приведет к ухудшению состоянию горных пород и, в конечном итоге, к падению уровня добычи угля ниже лицензионного соглашения (менее 1,8 млн т угля в год). Было принято решении о выборе части выработанного пространства для временного размещения вскрышных пород, с целью сокращения расстояния транспортирования.

Основные факторы, которые учитывались при выборе места расположения временного внутреннего отвала:

— максимальное приближение вскрышного забоя к складированию горной массы.

— место размещения вскрышной породы в ближайшие 10 лет не будет использоваться для ведения добычные и вскрышных пород (4 года для размещения отвала, 6 лет на уборку отвала), предусмотренных действующим проектом.

— высота яруса отвала достигает 100 м, чем достигается большая приемная емкость отвала на фронт подвигания зоны разгрузки.

Местоположение центрального автоотвала выбрано в выработанном пространстве центральной части Краснобродского поля (пр.л. 52−56), где согласно действующему проекту в настоящее время ведение горных работ не предусматривается.

Выбранное место временного отвала является единственно возможным, поэтому другие варианты не рассматривались. Существенно важным является тот факт, временный отвал находится в непосредственной близости от карьерной автодороги на западный постоянный отвал.

Размещаемый объем вскрыши во внутреннем отвале ограничен и составляет 13 млн м3.

Время существования отвала — 3 года В том числе по годам:

1-ый год — 4,4 млн мЗ.

2-ой год — 4,4 млн мЗ.

3-ий год — 4,3 млн мЗ.

Динамика изменения объемов складирования вскрыши в постоянные и временные отвалы по участку и расстояние транспортирования по годам.

Заключение

.

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основе установленных закономерностей изменения срока окупаемости прямых затрат, связанных с временным складированием вскрышных пород в границах карьерного поля, результатов системного анализа факторов, определяющих структуру вскрышных грузопотоков и количественный состав транспортных звеньев экскаваторно-автомобильных комплексов, разработаны критерии и методические принципы, при выполнении которых обеспечивается интенсификация вскрышных работ с одновременным снижением затрат на их производство, что имеет существенное значение для угледобывающих предприятий отрасли с открытым способом разработки месторождений.

Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем.

1. На разрезах, где преобладающие объемы вскрыши перемещаются с использованием автомобильного транспорта, расстояние транспортирования породы на отвалы является одним из основных управляемых факторов, с помощью которого возможно сгладить негативное влияние непредвиденных обстоятельств, связанных с недостаточной разведанностью отрабатываемых запасов и изменением условий на рынке угля. Управление расстоянием транспортирования может быть обеспечено и фактически обеспечиваются путем поэтапного перемещения вскрыши с организацией временных отвалов в границах карьерного поля на краткоили среднесрочный период работы разреза с относительно меньшими расстояниями транспортирования.

2. Технические решения по организации временных отвалов, являясь объективно необходимыми, не могут быть предусмотрены проектами в силу не полной определенности условий работы разрезов. При эксплуатации разреза по утвержденному проекту они должны приниматься на основе текущего состояния и планируемого режима горных работ на период существования временного отвала с обязательным учетом фактора времени и определением срока окупаемости дополнительных затрат, обусловленных перегрузом вскрыши.

3. Сокращение расстояния транспортирования и расстояние транспортирования в будущий постоянный отвал являются основными горнотехническими факторами, влияющими на срок окупаемости временных отвалов при поэтапном перемещении вскрыши автомобильным транспортом, который для наиболее характерных условий разрезов Кузбасса не превышает 6 лет.

4. Вскрышные забои имеют различные расстояния транспортирования до постоянного и временного отвалов. Поэтому общий грузопоток вскрыши должен быть обоснованно разделен на два — один грузопоток направляется в постоянный отвал, другой во временный. Такое разделение грузопотока, формирующегося из различных забоев, необходимо производить в зависимости от остаточного технологического срока существования временного отвала с учетом характерных для каждого из забоев расстояний транспортирования.

5. Минимально допустимое сокращение расстояния транспортирования, установленное с учетом остаточного срока существования временного отвала на стадии текущего планирования горных работ, является критерием для принятия оперативных решений о направлении вскрышных грузопотоков во временный отвал, обеспечивая технико-экономическую эффективность в течение всего активного периода его существования.

6. Остаточный срок существования временного отвала объективно уменьшается со временем, что влечет за собой увеличение минимально допустимого сокращения расстояния транспортирования и, следовательно, сокращения количества забоев, из которых туда отгружается вскрыша. Момент времени, когда таких забоев будут отсутствовать, означает окончание активного срока существования временного отвала.

7. Организации на разрезе временного отвала в влечет за собой уменьшения среднего расстояния транспортирования, перераспределение вскрышных грузопотоков, а также необходимость перераспределения имеющегося парка карьерных автосамосвалов по вскрышным забоям. Перераспределение карьерных автосамосвалов, освобождающихся при наличии на разрезе временных отвалов, целесообразно производить путем приоритетного формирования транспортных звеньев по принципу «один в очереди» для наиболее удаленных вскрышных забоев, что обеспечит увеличение производительности соответствующих экскаваторно-автомобильных комплексов при одновременном снижении совокупных затрат на экскавацию и перемещение вскрыши.

8. Расчетный экономический эффект в конце технологического срока существования временного отвала на участке № 3 Краснобродского разреза УК «Кузбассразрезуголь» ожидается в размере 67 млн руб.