Ведение открытых горных работ на основе совершенствования выемки пород

ГОРНАЯ 

КНИГА 

С.А. ШЕМЯКИН 
С.Н. И В А Н Ч Е Н К О 
Ю.А. МАМАЕВ 

ВЕДЕНИЕ 
ОТКРЫТЫХ 
ГОРНЫХ РАБОТ 

НА ОСНОВЕ 
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ 
ВЫЕМКИ ПОРОД 

А 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА» 

2008 

УДК 622.271.3:622.002.5 
ББК 33.22 
Ш46 

Книга соответствует 
«Гигиеническим требования.» к изданиям книжным 
для взрослых. СанПиН 1.2.1253—03». утвержденным 
Главным 
государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). 
Санитарно-эпидемиологическое 
заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей № 
77.99.60.953.Д.008501.07.07 

Шемякин С.А., Иванченко С.Н., Мамаев Ю.А. 
Ш 46 
Ведение открытых горных работ на основе совершенствования выемки пород. — М: Издательство «Горная книга», 2008. — 
315 с: ил. 

ISBN 978-5-98672-099-9 (в пер.) 

Представлен анализ существующих технологий открытой добычи угля, 
золота и другого минерального сырья, а также состояния изученности процесса выемки путем резания и черпания талых и мерзлых пород различными 
горными машинами. Приведены результаты теоретических исследований 
процесса выемки породы с целью усовершенствования рабочих органов 
горных машин. Предложены новые технологические решения производства 
открытых горных работ для россыпных и угольных месторождений с применением усовершенствованной горной техники. Дана экологическая и экономическая оценка предлагаемых технологических решений по открытой 
разработке месторождений. 

Для работников научных учреждений, специалистов в области открытых горных работ. Может быть полезна студентам и аспирантам вузов. 

ISBN 978-5-98672-099-9 

УДК 622.271.3:622.002.5 
ББК 33.22 

© С.А. Шемякин, С.Н. Иванченко, 

Ю.А. Мамаев, 2008 
© Издательство «Горная книга», 

2008 

© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2008 

ВВЕДЕНИЕ 

Горно-добывающая промышленность является ведущей отраслью народного хозяйства нашей страны. Объем 
добычи 
твердых полезных ископаемых приближается к 20 млрд т/год 
[24]. Весомый вклад в общий объем добычи полезных ископаемых вносит и Дальневосточный регион, который богат различными полезными ископаемыми (олово, золото, платина, серебро, железо, марганец, медь, титан, вольфрам, свинец, цинк, молибден, уран, флюорит, угли разных марок, 
разнообразные 
строительные материалы, химическое сырье) [100]. Однако начиная с 1987 г. в горно-рудной промышленности России, включая и Дальний Восток, наметилась тенденция сокращения производства практически всех основных металлов и угля [98, 62, 
131, 165, 99J. К началу 90-х годов горно-добывающая промышленность России, как и другие виды промышленности, попала в 
полосу глубокого кризиса, вызванного высокими издержками 
производства и отсутствием рынков сбыта произведенной продукции. 

Распад СССР и нарушение хозяйственных связей, многочисленные ошибки в переходном периоде к цивилизованным 
рыночным отношениям оказали дополнительное деструктивное 
влияние на ход социально-экономических процессов в горнодобывающей промышленности. За характеризуемый период устарело технологическое оборудование, а изношенность морально устаревшей горной техники на отдельных карьерах достигла 
70 %. Из-за ограничения источников финансирования и резкого 
снижения объемов геолого-разведочных работ наметилась тенденция уменьшения прироста запасов минерального сырья. На 
внутреннем и внешнем рынках существенно изменилась конъюнктура потребления металлов и угля. Сложившиеся современные рыночные условия в России вызывают необходимость существенного снижения себестоимости товарной продукции горных предприятий. 

5 

Открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых оказывает серьезное негативное влияние на состояние 
окружающей среды, вызывая ландшафтные и аэрологические 
изменения загрязнением прилегающих к горному предприятию 
территорий, воздушного и водного бассейнов. 

Целесообразно рассматривать два направления повышения 
рентабельности освоения месторождений полезных 
ископаемых. Первое направление связано с отработкой богатых месторождений полезных ископаемых, при этом в недрах останется 
бедное по содержанию минеральное сырье, которое, вероятнее 
всего, в перспективе будет уже не востребовано. Этот путь освоения месторождений был широко распространен в СССР и 
в достаточно больших масштабах практикуется в настоящее 
время. 

Второе направление — это повышение рентабельности 
горных работ за счет внедрения новой горной техники и прогрессивных технологий добычи и переработки минерального 
сырья. 

Применяемые в настоящее время технологии и технические средства в большинстве своем не соответствуют комплексу современных требований экономики, экологической и 
социальной безопасности. На россыпных 
месторождениях 
природного, природно-техногенного 
и техногенного 
типов 
применяется чаще всего бульдозерный способ выполнения 
вскрышных и добычных работ. Известно, что бульдозеры являются неэффективными с точки зрения энергозатрат машинами, поскольку перемещают горную массу волоком. Кроме 
того, эффективная 
дальность 
перемещения 
горной 
массы 
бульдозерами мала, что требует частой перестановки промывочного оборудования. Применение более мощных бульдозеров с целью повышения эффективности добычных работ, даже на техногенных россыпях, где требуется валовое перемещение породы, не приносит существенной экономии, поскольку более мощная техника не комплектуется по производительности с существующим промывочным оборудованием. 
Практика вскрышных и добычных работ на россыпных ме6 

сторождениях настоятельно требует снижения затрат на эти 
виды работ путем применения новой, менее 
энергоемкой 
техники, модернизации промывочного оборудования первичного обогащения и совершенствования технологий добычи. 

На угольных месторождениях вскрышной слой состоит 
преимущественно из наносных пород. Глинистые, суглинистые, супесчаные породы в вскрышном слое характерны для 
Лучегорского, Ерковецкого, Райчихинского и других месторождений, а достаточно крепкие песчаники (с коэффициентом крепости / = 6 по шкале М М . Протодьяконова), например, для 
Ургальского 
месторождения. Для 
первого 
ряда 
угольных месторождений разупрочнение вскрышного 
слоя 
осуществляется с применением буровзрывных работ в зимний период, а для второго круглогодично. Установлено, что 
механический способ разрушения мерзлых и пород средней 
крепости путем резания (рыхления), например, навесными 
рыхлителями на базе тракторов промышленного назначения 
или фрезерными машинами в 1,7...2 раза дешевле, чем буровзрывной способ. Буровзрывной способ, кроме того, является 
одним из самых вредных по воздействию на окружающую 
среду. В данном случае также важно снизить затраты на 
вскрышные и добычные работы путем внедрения на угольных 
месторождениях 
безвзрывных, 
экологически 
чистых 
технологий и прогрессивной горной техники для разупрочнения и выемки пород. 

Аналогичные недостатки существуют при освоении других 
месторождений, например при вскрыше и промывке алмазосодержащих песков Якутии, вскрыше месторождений флюоритов 
(Приморский край), бокситов (Кольский полуостров) и т. д. В 
связи с этим проблема повышения эффективности и экологической безопасности разработки месторождений с коэффициентом 
крепости породы / < 8 по шкале М.М. Протодьяконова требует 
научно обоснованных технических и технологических решений 
по созданию и применению новых выемочных и выемочнотранспортирующих машин, схем выемки и перемещения разрушенной горной массы на карьерах. 

7 

Проблеме создания новых эффективных технологий открытых горных работ посвящена настоящая работа и ее решение 
может быть найдено путем исследования процесса выемки пород различного состояния и состава резанием (рыхлением), черпанием, выгрузкой, перемещением горной массы, совершенствования этого процесса и рабочего оборудования выемочных 
машин. 

СОВРЕМЕННОЕ 
СОСТОЯНИЕ 
ТЕХНОЛОГИЙ 
И ПРАКТИКИ 
ПРИМЕНЕНИЯ 
ГОРНОЙ ТЕХНИКИ 
НА ОТКРЫТЫХ 
ГОРНЫХ 
РАЗРАБОТКАХ 

1 

Проблемами горной науки и практики занимались и внесли большой вклад крупные ученые-академики М.И. Агошков, 
И.В. 
Дементьев, 
Н.В. 
Мельников, 
В.В. 
Ржевский, 
К.Н. Трубецкой, Е.И. Шемякин, Н.А. Шило, чл.-корр. РАН 
Е.И. Богданов, Ю.Н. Малышев, Л.А. Пучков, А.П. Сорокин, 
В.Л. Яковлев. 

Эффективные научные исследования в области разработки 
россыпных и угольных месторождений открытым способом и механизации этого процесса 
провели ученые А.И. 
Арсентьев, 
В.П. Дробаденко, В.И. Емельянов, А.В. Жуков, В.В. Истомин, 
B.C. Коваленко, М.В. Костромин, А.А. Кулешов, В.Г. Лешков, 
Ю.А. Мамаев, В.Ф. Мороз, М.Д. Новопашин, Р.Ю. Подэрни, 
С В . Потемкин, 
В.Г. Пятаков, А.В. Рашкин, Г.В. Секисов, П.И. 
Томаков, В.Ф. Хныкин, B.C. Хохряков, В.В. Хропин, С М . Шорохов, М.Н. Щадов. 

Научные школы ИПКОН РАН, М1ТУ, МГОУ, ННЦ ГП 
им. А.А. Скочинского, СПГГИ (ТУ), УГГГА, ЧитГУ, ИГДС СО 
РАН и многие другие проводят значительные исследования в 
области новых технологий открытых горных работ и комплексного освоения недр. Большое внимание уделяется многими исследователями проблемам создания теоретических и технологических основ комплексного освоения природных ресурсов с 
учетом требований экологии. В последнее десятилетие появились новые технологии производства открытых горных работ и 
совершенствуется горная техника. Появляются новые виды горной техники, которые накладывают на технологию производства работ определенный отпечаток. Анализ состояния технологий и практики применения горной техники на открытых горных разработках целесообразно рассмотреть по определенным 
видам месторождений, а также в соответствии с проблемой, указанной ранее. 

11 

1.1. ТЕХНОЛОГИИ И ПРАКТИКА 
ПРИМЕНЕНИЯ ГОРНОЙ ТЕХНИКИ 
НА ОТКРЫТЫХ УГОЛЬНЫХ РАЗРАБОТКАХ 

Характерной особенностью большинства угольных месторождений является то, что вскрышной слой практически не содержит крупнообломочных включений и состоит из осадочных 
песчаных, супесчаных, суглинистых, глинистых пород, которые 
даже при отрицательных температурах имеют по шкале крепости горных пород М.М. Протодьяконова не более двух единиц и 
называются «довольно мягкими» [156J. Почти аналогичную характеристику вскрышного слоя имеют месторождения флюоритов (Ярославский ГОК, Приморский край), бокситов (Кольский 
полуостров) и ряд других месторождений. 

На большинстве угольных разрезов Дальневосточного региона используется транспортная система открытой разработки. 
Основным технологическим процессом по вскрыше является 
транспортирование. Перемещение вскрышной породы и угля 
осуществляется железнодорожным или автомобильным транспортом. Отвалообразование 
внешнее. Направление 
развития 
фронта работ в плане осуществляют вкрест простиранию. Высота рабочей зоны переменная. На Лучегорском угольном разрезе 
отработка вскрыши на экскаваторном участке ведется в пять уступов (средняя глубина залегания угля 60 м). На Богучанском 
угольном разрезе отработка вскрыши также ведется экскаваторным способом в 3—4 уступа (средняя глубина залегания первого пласта угля составляет 15 м, а второго 40...45 м). На Нерюнгринском угольном разрезе отработка вскрыши ведется в 10—11 
уступов. 

Технология вскрышных работ с внешним отвалообразованием является экономически нецелесообразной и экологически 
вредной. Дальность транспортирования породы во внешние отвалы достигает 8... 10 км, при этом транспортные расходы в 
сумме с расходами на отвалообразование составляют не менее 
60...70 % от стоимости вскрышных работ. По мере отработки 
карьера образуется глубокое, многокилометровое по простира
12