Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2013, № 3 (отд.)

И.И. Айнбиндер
И.Ф. Жариков
А.И. Шендеров

ИННОВАЦИОННЫЕ
ВОЗМОЖНОСТИ
КОМБИНИРОВАННОЙ
СИСТЕМЫ
РАЗРАБОТКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ОТКРЫТЫМ
СПОСОБОМ

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
А 36 

622.271 
А 36 
 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям 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 и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.12 
 
 
 
 
 
 
Айнбиндер И.И., Жариков И.Ф., Шендеров А.И. 

Инновационные возможности комбинированной системы раз
работки месторождений открытым способом // Горный информационно-аналитический 
бюллетень 
(научно-технический

журнал). Отдельная статья (специальный выпуск).— №ОВ3. —
2013. — № 2. — 12 с.— М.: издательство «Горная книга» 

ISSN 0236-1493 
 
Рассмотрены перспективы дальнейшего развития комбинированной 
системы разработки, как одного из прогрессивных и приоритетных направлений развития открытых горных работ. Предложены новые конструктивно - компоновочные схемы длиностреловых отвалообразователей,
что позволит в 1,5—1,7 раза увеличить высоту уступов надугольной зоны, отрабатываемой без применения ресурсоёмких технологических схем 
с автомобильным или железнодорожным транспортом. 
 
 

УДК 622.271

 
 
 
 

©  И.И. Айнбиндер, И.Ф. Жариков,  
А.И. Шендеров, 2013 
©  Издательство «Горная книга», 2013 

ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2013 

 
 

Среди применяемых, при открытом способе добычи угля, систем вскрышных работ наименее ресурсоёмкой и энергоёмкой, является бестранспортная система с использованием драглайнов. Её 
преимущество связано с выполнением этой машиной функций не 
только экскавации горных пород, но и их перемещением в отвал по 
кратчайшему расстоянию. Ограничивающим фактором применения этой системы является предельно возможные и рациональные 
параметры экскавационного оборудования (длина стрелы выпускаемых драглайнов не превышает 100 м) и горно-геологические 
условия угольных разрезов (по углу падения угольных пластов и 
устойчивости отвалов вскрышных пород). В силу этого высоты отрабатываемых по этой системе уступов обычно не превышают 3035 м, а доля этой эффективной системы в дореформенный период 
составляла 30-33 % от общего объёма вскрышных работ. Эта доля в 
настоящее время ввиду незначительного объёма вводимых новых 
мощностей несколько снизилась (до 25-28 %). 
По технологическому построению наиболее близкой к бестранспортной является транспортно-отвальная система разработки вскрышных пород. Общим для этих систем является перемещение разрабатываемых вскрышных пород в выработанное пространство по кратчайшему расстоянию без использования автомобильного или железнодорожного транспорта. Примером реализации такой системы является разрез «Назаровский». Технологическая схема отработки вскрышной зоны на этом разрезе [1] 
включает в себя драглайн ЭШ 20.90, отрабатывающий нижний 
вскрышной уступ, и комплекс оборудования непрерывного действия, включающий в себя роторный экскаватор и длиностреловой 
отвалообразователь с вылетом отвальной консоли 195 м, представленная на рис. 1. Преимущество транспортно-отвальной системы состоит в том, что она позволяет увеличивать высоту надугольной вскрышной зоны, отрабатываемой без применения автомобильного или железнодорожного транспорта. Представляет 
интерес комбинированная (бестранспортная и транспортноотвальная) система разработки. Сущность этой системы состоит в 
отработке надугольной зоны двумя уступами: на нижнем используется бестранспортная система с драглайном, а на верхней — 
транспортно-отвальная с роторным экскаватором и длиностреловым отвалообразователем. 

Рис. 1. Комбинированная система отработки на разрезе «Назаровский» 
 
Недостатком этой системы и существующих технологических схем транспортно-отвальной системы является невозможность и нецелесообразность их использования для наиболее характерных горно-геологических и климатических условий основных регионов открытой угледобычи РФ. Помимо сложностей отработки мягких пород в условиях суровой зимы этих регионов, 
одной из главных проблем, особенно для условий угольных районов Кузбасса, является невозможность отработки роторными 
экскаваторами горных пород повышенной крепости, которые 
требуют для возможности их экскавации предварительной буровзрывной подготовки горного массива. В силу указанных причин 
транспортно-отвальная система на угольных разрезах РФ распространения не получила. 
Целью поиска инновационных перспектив комбинированной 
системы является разработка технических предложений, обеспечивающих возможность применения её для отработки уступов 
вскрышных пород повышенной крепости, и технико-экономическая оценка этих предложений. Новизна предлагаемого технического решения состоит в изменении конструктивно-компоновочной схемы отвалообразователя и оснащении его специальным 
приёмно-дробильным и перегрузочным устройством, обеспечи

вающим технологическую возможность сочетания карьерных одноковшовых экскаваторов, разрабатывающих взорванную горную массу, с ленточными конвейерами длинострелового отвалообразователя. В технологическом плане внедрение предлагаемых 
технических решений позволит в 1,5-1,7 раза увеличить высоту 
уступов надугольной зоны, отрабатываемой без применения ресурсоёмких 
технологических 
схем. 
Общая 
конструктивнокомпоновочная схема длинострелового отвалообразователя для 
транспортирования вскрышных пород повышенной крепости 
представлена на рис. 2. 
Основной отличительной особенностью новой разновидности отвалообразователя является его оснащение приёмнодробильным устройством, обеспечивающим возможность приёма 
от экскаватора цикличного действия взорванной горной массы, её 
дробления и трансформации цикличного характера загрузки приёмного устройства в поточный характер дальнейшего её транспортирования ленточными конвейерами. Это устройство опирается на вспомогательную гусеничную тележку и может относительно этой тележки поворачиваться и перемещаться в продольном направлении. 
Связь приёмно-дробильного устройства с отвальной частью отвалообразователя осуществляется с помощью соединительного моста, 
 

 

Рис. 2. Общая конструктивно-компоновочная схема отвалообразователя 
ОГ(к) – 3000-200 

на котором устанавливается передаточный конвейер. Конструктивная схема приёмно-дробильного устройства приведена на рис. 3. 
Это устройство включает в себя: приёмный бункер, пластинчатый питатель, дробилку. 
Приёмный бункер выполняет функции накопительной ёмкости, обеспечивающей возможность независимой работы экскаватора и непрерывную подачу горной массы на пластинчатый питатель и далее в дробилку. С учётом возможной разности продолжительности цикла экскавации рекомендуется принимать ёмкость приёмного бункера, равную 2,0-2,5 кратности вместимости 
ковша экскаватора. 
Пластинчатый питатель обеспечивает вытягивание горной 
массы из приёмного бункера и дозированную, непрерывную во 
времени, загрузку дробилки. 
Проведённые ИГД им А.А. Скочинского испытания такого 
питателя на стационарной дробильно-перегрузочной установке 
комплекса ЦПТ угольного разреза «Таллинский» показали, что 
сечение материала на полотне питателя определяется шириной 
его полотна и углом наклона питателя и весьма слабо зависит от 
литологического состава горной массы, объёма материала, находящегося в бункере и скорости движения полотна питателя. 
При ширине полотна питателя 2 м и угле его наклона 15° площадь материала на полотне питателя составляла усреднённо 1,3 м2. 
Это позволяет достаточно точно осуществлять дозированную 
(заданную) загрузку дробилки за счёт регулирования скорости 
движения полотна питателя. 
 

 

Рис. 3. Схема дробильно-перегрузочной установки седельного типа 

Учитывая, что крепость вскрышных пород на угольных 
разрезах РФ, как правило, не превышает 12 единиц по шкале 
М.М. Протодьяконова, следует ориентироваться на применение 
дробилки зубчато-шнекового типа, отличающейся от других типов своей компактностью, низкой энергоёмкостью и эффективностью дробления горной массы. Эксплуатация таких дробилок 
на комплексе ЦПТ угольного разреза «Таллинский» подтвердила 
указанные преимущества этого типа дробилок. 
Проведённые испытания показали, что при крупности поступающего в дробилку материала в пределах до 1300 мм обеспечивается её пропускная способность 2500-3000 м3/ч. При этом практически вся дроблённая горная масса представлена кусками, размеры которых не превышают 300-350 мм. Встречаются отдельные куски размером до 500 мм, объём которых в общей горной 
массе не превышает 1-2 %. С учётом этого ширина лент конвейеров отвалообразователя может составлять 1200-1400 мм. 
Схема транспортной системы отвалообразователя представлена на рис. 4. Ленточные конвейеры отвалообразователя (передаточный и отвальный) — обычного исполнения. Учитывая кусковатость транспортируемой горной массы нами рекомендуется ограничивать скорость движения ленты величиной 5 м/с. 
Технологическая направленность комбинированной системы 
разработки надугольной зоны определяется вовлечением в сферу 
наиболее эффективных бестранспортной и транспортно-отвальной систем дополнительного уступа вскрышных работ, который 
при существующих традиционных технологических схемах отрабатывается по транспортной системе с использованием автомобильного или железнодорожного транспорта. 
При комбинированной системе, принципиальная технологическая схема которой приведена на рис. 5, нижний уступ отрабатывается по традиционным схемам с использованием драглайна. С 
позиций высоты отрабатываемого уступа лимитирующим являются ограничения линейных параметров драглайнов и устойчивость отрабатываемых горных пород в забое и в отвале. Транспортно-отвальная система реализуется на верхнем вскрышном уступе. Возможность непосредственной, по кратчайшему пути, передачи вскрышных пород с этого уступа во внутренние отвалы 
обеспечивается отвалообразователем, вылет отвальной консоли 
которого в 2,0-2,2 раза превышает радиус отсыпки драглайнов. 

Рис. 4. Схема приемно-дробильного устройства и ленточных конвейеров отвалообразователя 
 
В предлагаемых технологических схемах возможность их 
реализации при отработке горных пород повышенной крепости 
обеспечивается предварительной буровзрывной подготовкой 
горного массива, использованием карьерных одноковшовых экскаваторов и новой разновидностью отвалообразователей, оснащённых приёмным накопительным бункером и дробильной установкой. 
Параметры комбинированной системы определяются конкретными горнотехническими условиями рассматриваемого участка горных работ. Оптимизация этих параметров может быть 
обеспечена рационализацией соотношения высот уступов и производительностей бестранспортной и транспортно-отвальной 
систем. 
Для рассмотрения количественных связей обоих систем будем принимать: 
Техническая производительность драглайна: 

3600
,

н
н
н
э
тех
ц

Е к
Q
t
=
 м3/ч 

где Ен, м3 — вместимость ковша экскаватора нижнего уступа; tu, с — 

расчётная продолжительность цикла экскавации; 
н
э
р

к
к
к
=
 – соот
ветственно коэффициенты — наполнения ковша, разрыхления в 
ковше и экскавации. 

Рис. 5 Принципиальная технологическая схема для отработки вскрышных 
пород повышенной крепости 
 
Годовая производительность драглайна 

8760
,
н
н
н
год
тех
ип
V
Q
к
=
⋅
⋅
 м3/год, 

где кип — коэффициент использования экскаватора по его технической производительности. 

Вместимость ковша экскаватора нижнего уступа 

6
.
31,5 10

н
н
год
ц
н
н
н
э
ип

V
t
Е
к
к

⋅
=
⋅
⋅
⋅
                                                                 (1) 

Аналогично для экскаватора типа ЭКГ верхнего уступа 

3600
,

в
в
в
э
тех
ц

Е к
Q
t
=
 
8760
,
в
в
в
год
тех
ип
V
Q
к
=
⋅
⋅
 
6
.
31,5 10

в
в
год
ц
в
в
в
э
ип

V
t
Е
к
к

⋅
=
⋅
⋅
⋅
 

Высоты уступов: нижнего — Нн; — верхнего — Нв. 
Принимая равными длину фронта работ по верхнему и нижнему уступам получим 

н
год
н
в
год
в

V
Н

V
Н
=
 откуда 
.
в
н
в
год
год
н

Н
V
V
Н
=
⋅
                                              (2) 

С учётом формул (1 и 2) 

в
н
н
в
ц
э
ип
в
н
н
в
в
н
ц
э
ип

Н
t
к
к
Е
Е
Н
t
к
к

⋅
⋅
⋅
=
⋅
⋅
⋅
⋅
 

Или обозначая 
в

Н

Н
а
Н
=
 и 

в
н
н
ц
э
ип
н
в
в
ц
э
ип

t
к
к
в
t
к
к

⋅
⋅
=
⋅
⋅
 

в
н
Е
Е
а в
=
⋅ ⋅
 

Для укрупнённых расчётов применительно к отработке пород 
III категории по трудности экскавации можно принимать данные 
по таблице. 
Расчёты по приведённым данным показывают, что повышение эффективности комбинированной системы отработки надугольной зоны (в пределах возможных значений вылета отвальной консоли отвалообразователя 180-200 м) возможно за счёт 
увеличения высоты верхнего уступа. Это может быть достигнуто 
за счёт применения модификации одноковшовых карьерных экскаваторов с удлинёнными линейными параметрами и увеличенной до 22-25 м высотой черпания (типа «ЭКГ-Ус»). 
Таким образом, проведённые разработки, подкреплённые соответствующими расчётами и анализом, показали, что предлагаемые новые технологические и конструктивно-компоновочные