Решения для механизированной проходки шахтных стволов

Выбор способа проходки шахтных стволов является важным стратегическим решением, требующим ответственного подхода. Сегодня значительную долю рынка занимает технология буровзрывной проходки шахтных стволов, однако она всё меньше удовлетворяет возрастающим требованиям к безопасности и эффективности горнопроходческих работ.

ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» представляет альтернативу традиционному буровзрывному способу: специалисты предприятия разработали стволопроходческие комбайны типа СПКВ собственной оригинальной конструкции. Комбайны ориентированы на механизированную проходку и строительство шахтных стволов.

Краткая характеристика комбайнов типа СПКВ
• Диаметр возводимого ствола: по внутреннему диаметру крепи — 7,0 (8,0) м, вчерне забоя — 9,5 (10,5) м
• Шаг перемещения комбайна по высоте — 1,5 м. • Темпы строительства ствола — 60-90 м/мес**
• Исполнение электрооборудования РВ. • Параметры питающей сети, 660 В
• Масса комбайна не более 300 т. • Установленная мощность не более 400 кВт
Диаметр согласовывается отдельно. ** В зависимости от типа крепи и характеристик подъема

Приходится констатировать, что столь популярная сегодня буровзрывная проходка неэффективна по ряду показателей [1]. Кроме того, важно учитывать внешние факторы: уменьшение объёмов минеральных ресурсов на небольших глубинах залегания [2] и растущие требования к безопасности при строительстве глубоких шахт [3]. В этой связи актуальными становятся альтернативные технологии, обеспечивающие увеличение темпов проходки и строительства горных предприятий, в частности механизированный способ.

Он обладает рядом преимуществ: обеспечивает равномерное и геометрически точное оконтуривание сечения выработки, сплошность приконтурного породного массива, целостность ледопородного ограждения в случае стабилизации водопритока методом замораживания.

Кроме того, при механизированном способе проходки отсутствуют взрывные волны, нарушающие сейсмическую устойчивость горного массива. И, что особенно важно: уменьшается количество горняков, работающих непосредственно в забое, а призабойное пространство защищено распорной оболочкой по всему периметру выработки.

То есть, удаётся сделать процесс добычи более безопасным.

Отвечая на возникшие вызовы, ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» совместно с ООО «ОГСК-Шахтспецстройпроект» разработал стволопроходческие агрегаты АСП-7,0 и АСП-8,0. В период с 2011 по 2015 годы на калийных рудниках на Верхнекамском и Гремяченском месторождениях с их помощью велось строительство шахтных стволов генподрядчиком ФГУП «УС-30».

Эти агрегаты хорошо зарекомендовали себя при проходке стволов по породам с пределом прочности на одноосное сжатие до 35 МПа [4]. Однако уже сейчас очевидна тенденция развития рынка стволопроходческих машин в направлении разработки и внедрения машин для проходки стволов по породам более высокой прочности.

Поэтому следующим шагом для ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» стала самостоятельная разработка семейства стволопроходческих комбайнов типа СПКВ.

Стволопроходческие комбайны типа СПКВ предназначены для ведения проходческих работ при сооружении вертикальных шахтных стволов. Одновременно ведётся монтаж бетонной или комбинированной тюбинго-бетонной крепи с использованием механизированного разрушения и отгрузки породы.

Комбайны обеспечивают проходку стволов в необводнённых породах с прочностью на одноосное сжатие до 100-120 МПа. Также машина может работать на обводнённых породах с применением спецметодов по стабилизации водопритока. Электрооборудование комбайнов выполнено в рудничном взрывозащищенном исполнении (РВ). Для эксплуатации машины необходим типовой проходческий полок.

При этом комбайны не требуют наличия специальных устройств подвески в стволе. Выдача породы проходит в два этапа: сначала собственный грейферный погрузчик комбайна отправляет породу в промежуточный бункер-накопитель, а дальше её перегружают и выдают на поверхность типовым бадьевым подъёмом.

На основе накопленного опыта эксплуатации агрегатов АСП и его тщательного анализа конструкция комбайнов типа СПКВ существенно доработана в части повышения силовых параметров комбайна для разрушения пород прочностью до 100-120 МПа, а также обеспечения параллельного выполнения работ по разработке забоя и возведению крепи.

Завод активно сотрудничает с шахтостроительными и научно-исследовательскими организациями, то есть созданию нового комбайна предшествовало проведения НИОКР на современном уровне. Так, например, параметры фрезы для разрушения горных пород устанавливаются в зависимости от горно-геологических условий на конкретном участке шахтного ствола [5].

Можно уверенно утверждать, что развитию механизации горнопроходческих работ способствует, в том числе и научно-технический прогресс.

Однако практика показывает, что техническое перевооружение может быть нецелесообразным, если организация производства не направлена на максимальное раскрытие потенциала новой технологии [6]. Партнёры СОЭЗ — ФГУП «УС-30» и ООО «К-Поташ», в которых работают признанные профессионалы в области подземного строительства и горного дела.

Отдельного упоминания заслуживает ЗАО «Верхнекамская калийная компания», на объекте которой в Пермском месторождении в настоящее время завершается проходка шахтного ствола комбайном 1СПКВ.

Эксплуатация комбайна подтвердила правильность заложенных в его конструкцию базовых решений и дала много полезной информации для повышения эффективности работы комбайна. В её грамотной интерпретации нам помогали сотрудники ЗАО «Верхнекамская калийная компания» и генподрядчика в лице ФГУП «УС-30».

Существенным подспорьем в вопросе эффективности механизированной проходки являются информационные технологии.

В настоящее время они позволяют дистанционно управлять горной техникой, производить мониторинг состояния механизированных комплексов в целом и их отдельных узлов, автоматизировать ряд процессов, а также выполнять функции диспетчеризации при взаимодействии различных систем и комплексов.

Диспетчеризация особенно важна в контексте организации строительства шахтных стволов: с её помощью удаётся в режиме реального времени выявлять узкие места в организационном процессе и оптимизировать операции — по отдельности и в совокупности.

Следует отметить, что ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» по договорённости с заказчиком разрабатывает подобные системы диспетчеризации под конкретный объект строительства: учитываются технологии проходки и строительства шахтного ствола.

Совместное применение стволопроходческих комбайнов типа СПКВ и кастомизированных систем диспетчеризации позволяет ускорить темпы проходки и строительства ствола в среднем в 1,25-2 раза — по сравнению с буровзрывным способом. Производительность реально увеличить до 60-90 м/мес. В зависимости от горно-геологических условий и типа крепления.


Необходимо отметить, что шахтный ствол — это, как правило, первая капитальная выработка, открывающая доступ к месторождению полезного ископаемого. В конечном счёте, более раннее завершение строительства шахтного ствола означает сокращение времени с первичным отрицательным денежным потоком на стадии освоения месторождения. То есть предприятие раньше начинает получать прибыль [7]. Таким образом, ускорение темпов проходки и строительства шахтного ствола позволяет раньше окупить вложенные средства и увеличивает инвестиционную привлекательность проекта по разработке месторождения полезного ископаемого.


Список литературы


  1. McCoy N. New technology to replace drill and blast // Inside Mining. – 2017. – Т. 10. – № 4. – С. 22-23. DOI:10520/EJC-6f33029cb
  2. Fairhurst C. Some Challenges of Deep Mining // Engineering. – 2017. – Т. 3. – № 4. – С. 527-537. DOI:10.1016/J.ENG.2017.04.017
  3. Mazaira A., Konicek P. Intense rockburst impacts in deep underground construction and their prevention // Canadian Geotechnical Journal. – 2015. – Т. 52. – № 10. – С. 1426-1439. DOI:10.1139/cgj-2014-0359
  4. Results of studies of shaft boring machine operation in vertical shaft construction at upper Kama potash deposit / A.B. Zhabin, A.D. Fomichev, J.N. Naumov, D.J. Solovyh // Eura-sian mining. 2016. № 1. С. 29-32. DOI:10.17580/em.2016.01.04
  5. Проектирование фрезы стволопроходческого комбайна для разрушения крепких пород / Е.А. Аверин, Ю.Н. Наумов, А.Д. Смычник, Е.А. Смычник // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2019. – № 2. – С. 105-113. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-02-0-105-113
  6. Роль организации производства при техническом перевооружении / А.И. Кукаренко, В.В. Ломовцев, А.В. Дьяконов, И.Г. Шестаков // Уголь. 2011. № 6. С. 70-72.
  7. Жабин А.Б., Поляков А.В., Аверин Е.А. Краткий анализ проблем и путей решения при обеспечении горнодобывающего предприятия современными техническими средствами ведения горных работ // Уголь. – 2018. – № 1. – С. 13-16. DOI:10.18796/0041-5790-2018-1-13-16

Текст:
Юрий Антипов, к.т.н., технический директор,
Евгений Аверин, к.т.н., инженер-конструктор,
Виктор Антипов, к.т.н., действительный член АГН РФ,
директор ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод», (г. Тула, Россия);
Виталий Костенко, главный инженер ФГУП «УС-30» (г. Межгорье, Башкортостан, Россия)


ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод»
г. Тула, тел.: +7 4872 31-35-25
info@soeztula.ru
www.soeztula.ru

Понравился материал? Подпишитесь
на отраслевой дайджест и получайте подборку статей каждый месяц
.

Статья опубликована в журнале Добывающая промышленность №4, 2019

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.