АБСТРАКТНЫЕ
ТБМ использовались в горнодобывающей промышленности в прошлые десятилетия, но их использование было ограниченным и спорадическим из-за как предполагаемых, так и реальных трудностей применения. С появлением новых технологий и ростом количества историй успеха ситуация меняется. Как для угольной, так и для металлургической добычи глубокие рудные тела требуют длинных туннелей и эффективного и экономичного метода доступа к этим месторождениям.
Сегодня горные инженеры рассматривают ТБМ как часть общего плана развития рудника. Планируемые шахтные штреки ТБМ не только длиннее, но и имеют более сложные траектории. ТБМ для разработки шахт должны будут справляться с различными геологическими условиями, потенциальными высокими притоками воды, крутыми уклонами и высокими температурами. Планируется, что системы ТБМ справятся с такими трудностями. Системы ТБМ будут рассматриваться и все чаще применяться для разработки месторождений, даже если цены на сырьевые товары останутся низкими. TBM могут удовлетворить потребности в повышении производительности, увеличении срока службы инфраструктуры шахты и безопасности.
В этом документе будет рассмотрено историческое использование ТБМ в горнодобывающей промышленности и обсужден статус ТБМ в горной промышленности в 2015 году, а также особые требования и адаптируемые функции, необходимые для того, чтобы сделать эффективные ТБМ реальностью на шахтах по всему миру.
Несмотря на эти многочисленные применения и очевидные успехи, использование ТБМ в горнодобывающей промышленности было спорадическим. Доля подземных выработок как для разработки горных выработок, так и для эксплуатационных штреков остается очень небольшой по сравнению с общей длиной проходки буровзрывным способом и всеми другими способами. Интересным примечанием является то, что в горнодобывающей промышленности стали использовать буры для подъема стволов и подъемы в шахтах. Они используют методы резки горных пород ТБМ и регулярно используются в шахтах. Однако они более компактны, проще в развертывании, имеют меньшие капитальные затраты и более стандартизированы, чем современные ТБМ.
Рис. 2. ТБМ Robbins 18 футов 2 дюйма Stillwater Mines
По состоянию на октябрь 2015 года ТБМ размером 18 футов 2 дюйма достигла высоты 9 013 футов, и осталось еще 14 400 футов. Компания SMC прошла через сложные грунтовые условия с небольшими размерами блоков и сильно измененными соединениями. TBM пробурит еще два крупных разлома с данными зондирования, показывающими давление воды менее 300 фунтов на квадратный дюйм и скорость потока менее 200 галлонов в минуту. Бригады прощупывают интервалы для продвижения машины и используют коллоидные растворомешалки и поршневые насосы высокого давления для растворения до отказа.
БУДУЩИЕ УГОЛЬНЫЕ СКЛОНЫ
Из-за мировых экономических условий, экологических проблем и изобилия природного газа и других альтернативных источников энергии во многих частях мира спрос и цена на энергетический и металлургический уголь значительно снизились в последние годы. Несмотря на успех на угольной шахте Гросвенор, с тех пор больше угольных штреков с применением ТБМ не проводилось. Однако интерес остается высоким в нескольких угледобывающих регионах мира. Альтернативные виды топлива не всегда доступны или экономичны во многих частях мира, особенно в развивающихся регионах, где потребность в энергии стремительно растет. А металлургический уголь по-прежнему будет необходим для производства стали.
В последнее время компания Robbins выполнила большой объем работ по прикладному проектированию и предварительному проектированию ТБМ для проходки угольных откосов во многих частях мира. Угольные пласты Гросвенор находились на глубине около 160 метров, поэтому длина откосов составляла всего около 1000 метров, чтобы добраться до пласта. Большинство угольных пластов в других местах гораздо глубже. Хотя это не меняет основной техники разработки откосов с помощью ТБМ, но делает усложнить логистику снабжения машины, наземную поддержку, откачку воды и вентиляцию. Поскольку ТБМ может достигать скоростей проходки, даже в десять раз превышающих скорость проходческих комбайнов или других традиционных методов добычи, ТБМ должна иметь еще большую ценность для разработки более длинных штреков.
Из-за длительных технических и экономических исследований, которые кажутся типичными для планирования горных работ, а также длительного времени доставки специально построенной ТБМ важно оценить преимущества ТБМ на ранней стадии цикла планирования горных работ. В противном случае решение об использовании ТБМ может быть принято слишком поздно в цикле планирования, и предпочтение будет отдано обычному оборудованию, поскольку «доставка ТБМ на месте и подземные работы занимает слишком много времени». В нескольких ситуациях нас просили исследовать возможность быстрой мобилизации ТБМ через проходку, начатую проходческим комбайном или обычной выемкой грунта. Темпы земляных работ с обычным оборудованием слишком медленные. Рассмотрение возможности использования TBM приходит позже в проекте, чтобы вернуться к графику. На приведенном ниже рисунке показана мобилизация ТБМ через штрек, начатый проходческим комбайном. TBM должен быть доставлен и мобилизован быстро, чтобы восстановить график.
В некоторых случаях план шахты состоит в том, чтобы спуститься к угольному пласту с помощью ТБМ, затем пройти по пласту с помощью ТБМ, чтобы вести проходческий штрек «в пласте». Это создает проблемы отделения угля от породы при его транспортировке на поверхность. Добыча в пласте увеличивает опасность встречи с газом или опасность воспламенения угольной пыли или угля от искр или тепла, создаваемого ТБМ. Мониторинг газа, инструментальные материалы и рабочие скорости инструмента являются критически важными факторами. Должна быть тщательно реализована эффективная вытяжная вентиляция или контроль состояния забоя путем заливки инертным газом или пеной.
При проходке по пласту управление кровлей может стать более сложным из-за границы раздела уголь/порода. Часто требуются поперечные разрезы из туннеля разработки пласта. Необходимо тщательно продумать условия для поперечных разрезов, в том числе их влияние на управление крышей при разрезе.
Рисунок: Подготовка к заливке убежища или поперечному разрезу |
.
