1.6. Цели и задачи

Из всего вышесказанного следует, что вопрос изыскания эффективной технологии разработки россыпных многолетнемерзлых месторождений остается открытым и требует своевременного научного обоснования.

Поэтому целью дипломной работы является:

- предложить и обосновать более эффективную ресурсосберегающую технологию разработки россыпного месторождения «Солур»

Основными задачами для достижения цели являются:

- Изучение горно-геологических и горнотехнических условий подземной разработки россыпных месторождений;

- Анализ опыта работы отечественных и зарубежных проходческих комбайнов;

- Определение коэффициента крепости многолетнемерзлых крупнообломочных пород россыпных месторождений по шкале М.М. Протодьяконова по методике ИГДС СО РАН;

- Обоснование рациональной области применения проходческих комбайнов;

- Обоснование технологии подземной разработки россыпного месторождения алмазов «Солур» с применением комбайнов.

II. Опыт работы комбайнов при подземной разработке

россыпных месторождений

2.1. Применение проходческих комбайнов при подземной

разработке россыпей

2.1.1.Опыт применения проходческих комбайнов при подземной

разработке многолетнемерзлых россыпей в Якутии

Впервые угольные проходческие комбайны типа ГПК были применены при проведении наклонных стволов в относительно благоприятных горно-геологических условиях Заполярья - Куларского ГОКа, начиная с 1976 года. К этому времени комбинат перешел на разработку россыпей с глубиной залегания 50, 70 и 110м., когда потребовалось проведение большого объема вскрывающих выработок для доставки оборудования и для механического подъема людей. Применение самоходной техники (буровые каретки и дизельные погрузочно-доставочные машины) также потребовало проведения дополнительных стволов с углом наклона 8^○ , при этом протяженность некоторых стволов достигла 650-800м.

Применению комбайнов способствовал благоприятный литологический состав россыпи мерзлых рыхлых отложений, характерных для пород Заполярья. Представлены они однородными дисперсными породами с включением линз льда (породы I категории по трудности разработки комбайнами), а также илисто-глинистыми отложениями с содержанием вязкой глины до 30% (породы II категории), илисто-глинистыми отложениями с включением гальки и обломков кварца до 10% (породы III категории), мелкозернистыми песками, илисто-глинистыми отложениями с включением гальки и кварца до 20% (породы IV категории) и галечными и песчано-глинистыми отложениями с включением кварца более 30% (породы V категории). В объеме проведения стволов удельный вес каждой из перечисленных категорий пород, в процентном отношении составил: 1-11-40, III - 20, IV - 16, V - 24 [22].

Вышеупомянутые категории пород в первом приближении соответствуют коэффициенту крепости пород по М.М. Протодъяконову. Проходческие комбайны ГПК работают по принципу резания мелкой стружкой: скорость резания составляет 2-3,5 м/с, глубина 1-4 см, шаг резания 2-5 см, сечения 3-8 см². Мощность разрушаемого слоя за один проход исполнительного органа составляет 250-300 мм, при разрушении илисто-глинистых отложений 500-600 мм.

В 1981 г. шахты комбината имели пять комбайнов ГПК, причем использовались они при разработке главным образом пород II-IV категорий, соответствующих 2-4 коэффициенту крепости пород по М.М. Протодъяконову. Производительность, труда при проходке стволов длиной до 200 м составила 11 м³чел.-смен., на стволах длиной более 200 м - 5,8 м³/чел.-смен., что в обоих случаях в 2 раза выше производительности при традиционном буровзрывном способе проведения стволов. Скорость проведения стволов комбайнами достигла 15-20 м/сутки. Себестоимость проведения стволов сечением 10 м² на шахтах с глубиной до 40-50 м в 1,5-1,8 раза ниже, чем при буровзрывном способе, а на шахтах более глубоких - ниже на 20-30%. Среднегодовой экономический эффект от внедрения одного комбайна на проходке наклонных стволов составил в условиях россыпных шахт ГОКа "Куларзолото^,, 43,5 тыс. рублей. В целом за пятилетие 1977-1981 гг. за счет применения проходческих комбайнов получен экономический эффект в сумме 620 тыс. руб. Опыт эксплуатации комбайнов в различных горно-геологических условиях россыпных месторождений Заполярья выявил ряд конструктивных недостатков [22].

Наиболее слабыми узлами комбайна ГПК-3 являются механизм погрузки и скребковый конвейер - до 70% всех отказов, до 10% всех отказов дает гидравлическая система. Слабым узлом являются гидронасосы НШ-32, моторесурс которых не превышает 200 машино-час.

Одним из главных факторов, влияющих на эффективность разрушения многолетнемерзлых крупнообломочных пород россыпных шахт Севера, является износостойкость резцового инструмента.

Институтом горного дела Севера были проведены комплексные исследования, позволившие выявить закономерности процесса изнашивания резцов при проведении выработок комбайнов ГПК-3 в условиях россыпных шахт Кулара [22].

В табл. 2.1 приведены данные по износу резцов при проходке наклонных стволов в различных породах для шахты "Энтузиастов".

Таблица 2.1

Распределение причин выхода из строя резцов И-90МБ

при разрушении мерзлых пород [22].

	Распределение причин выхода из строя резцов, %
Породы
	Износ	поломка, от-рыв тв. спла-вов пластин	поломка ре-жущей части по телу резца	Потери
Лед, льдистые ила	32,5	0,5	65	2
Илисто-песчано-глинистые отложения	22,0	4,0	72,0	2,0
Дресва, лигниты	33,0	2,5	64,0	3,5
Глины вязкие, с илами и песком	29,5	3,5	63,0	4,0
Мелко, средне, крупно-зернистый песок с илами	15,3	12,0	68,7	4,0
Илисто-глинистые отложения с включениями гали, щебня, кварца (до 20%)	10,0	17,0	69,0	5,0
Илисто-глинистые отложения с включениями кварца (до 20%)	7,0	25,0	48,0	10,0
Илисто-глинистые отложения с включениями гали, щебня, мелкого кварца (до 30%)	5,0	50,5	31,5	13,0
Песок мелко-среднезернистый с включ-ми кварца крупностью до 100 мм, илисто-глинистые отложения с включ-ми кварца крупностью до 200 мм свыше 30%	0,5	75,5	4,0	26,0

Исследованиями установлено что, средний удельный расход резцов И-90МБ и И-90В для условий проходки стволов по линзам льда, лигнитам и илам составил 0,04-0,12 шт./м³. При проходке стволов в илисто-глинистых отложениях с включениями гали, щебня, кварца до 20%, средний расход резцов составил 1,08 шт./м³ а при работе комбайна в таких же отложениях с включениями гали, щебня, кварца до 30% удельный расход резцов составил 3,00-3,48 шт./ м³.

Анализ опыта работы проходческих комбайнов при проходке шахтных стволов в условиях Заполярья позволила установить области его применения [23], с которыми можно ознакомиться ниже:

- Относительно неблагоприятными условиями при проходке стволов комбайнами ГПК-3 следует считать участки с включениями кварца до 10% (крупностью до 20 мм). Коэффициент крепости этих пород оценивается равным 3. Среднесменная скорость проходки не превышала 1,5 м (при работе по илистым породам без включений - 3,8-5,5 м). Расход резцов составил 0,12 шт/ м³. Выход резцов из строя за счет отрыва твердого сплава до 12-15 %;

- Неблагоприятными условиями при проходке являются участки илисто-глинистых отложений включениями кварца (кварцевые булыжники) крупностью свыше 20 мм в объеме до 20%. Среднесменная скорость проходки составила - 1,0-1,2 м, удельный расход резцов - 1,08 шт/м³, при этом процент выхода резцов за счет отрыва твердого сплава увеличена до -25%;

- Наиболее неблагоприятными условиями являются участки илисто-глинистых отложений с включениями глин, щебня, кварца (до 30%) с крупностью до 50 мм. Среднесменная скорость проходки стволов - 0,5-0,75 м, удельный расход резцов 3-3,4 шт./м³, выход резцов из строя превышает 50%;

- Условиями, препятствующими проходку выработок комбайнами типа ГПК-3, являются участки галечно-щебенистых отложений (продуктивный пласт), илисто-глинистых отложений с включениями кварца крупностью свыше 80-100 мм до 20% по объему - крепость пород по М.М. Протодъяконову 6. Среднесменная скорость проходки не превышала 0,5 м, удельный расход резцов - 4-5 шт./м³. Основная причина выхода из строя резцов (более 75%) - отрыв твердого сплава вследствие ударных нагрузок при встрече резца с кварцем.

Таким образом, из изложенного следует, что проходческие комбайны типа ГПК-3 целесообразно применять на льдистых и илисто глинистых породах с кварцевым включениями размером не более 20 мм (до 10%) с крепостью пород 3-4 по М.М. Протодьяконову.

Для расширения области применения проходческих комбайнов типа ГПК ИГДС ЯФ СО АН СССР совместно с ИГД СО АН СССР в 1978-1988 гг. в ГОК –«Куларзолото» проводили научно-исследовательские работы по созданию проходческого комплекса для проведения подготовительных и нарезных выработок непосредственно по пласту песков. Литологический состав пород был представлен гравийно-галечным материалом (40-60 %) сцементированным песчано-глинистым заполнителем. Коэффициент крепости пород по ММ. Протодьяконову 5-6.

Вначале, с целью определения принципиальной возможности разрушения многолетнемерзлых крупнообломочных пород устройствами ударного действия проведены натурные эксперименты. В качестве рабочего органа использовались пневмомолоты ПН-1300 и ПН-1700. Результаты экспериментов показали принципиальную возможность ударного разрушения многолетнемерзлых крупнообломочных пород, причем с достаточно высокой интенсивностью для одного рабочего органа (до 15-25 м³/час) [24].

Следующим этапом были проведены испытания экспериментальной установки, созданной на базе проходческого комбайна ГПКС и пневмомолота ПН-1300, для проходки нарезной выработки сечением 7 м² [25,26].

По результатам экспериментальных работ установлено, что разрушение мерзлых крупнообломочных пород продуктивного пласта рабочим органом ударного действия в средней части протекало эффективно. При этом разрушение породы от массива происходило кусками различных размеров - от нескольких сантиметров до крупных кусков размерами 0,5x0,3x0,2 м. Оптимальная толщина стружки в конкретных условиях забоя, по данным опытов составила 20-25 см. Плотик и контурная часть забоя разрушались режущей коронкой комбайна. Результаты дальнейших шахтных испытаний экспериментального образца проходческого комбайна ГПКС с комбинированным исполнительным органом подтвердили целесообразность применения предложенной двухстадийной схемы обработки забоя.

Время, затрачиваемое на обработку одной заходки (включая создания врубовой щели), составило 30-35мин., что соответствует суточным темпам проведения выработок на уровне 15-20 м. Результаты проведенных промышленных испытаний показали принципиальную возможность применения проходческих комбайнов с комбинированным исполнительным органом для разрушения мерзлых крупнообломочных пород россыпных месторождений с коэффициентом крепости 5-6. Совместно с институтом "Гипроникель" разработано техническое задание на изготовление опытного образца проходческого комбайна новой конструкции.