Опыт применения дробильных полустационарных установок фирмы MAN TAKRAF на карьерах при разработке скальных пород

Франк Хубрпк, Герхард Hue, MAX ТАКИХ Г, Германия

Возможность применения циклично-поточной технологии с использованием дробильных полустационарных установок, которая еще известна под названием  in-pit crushing (IPC), возникает в технологических процессах отработки месторождений, где не требуется гибкой схемы транспортирования автосамосвалами и применение конвейеров может дать общее сокращение расходов.

Решающим фактором в выборе технологии IPC являются более низкие эксплуатационные расходы при использовании конвейеров по сравнению с автотранспортом, несмотря на большие начальные инвестиции. Технология IPC особенно хорошо подходит для разработки пластовых месторождений, когда разрабатываемая горная масса транспортируется на большие расстояния и не требуется постоянная перестановка конвейерных линий. На месторождениях, представленных рудным телом с ограниченными размерами в плане, простирающимся на большую глубину (например, меднорудные месторождения), возможно применение полустационарных дробильных установок. Они представляют собой приемный пункт добываемого материала на уступах, а в качестве связующего звена может выступать автотранспорт. Системы IPC также могут применяться в глубоких карьерах, где из-за невозможности внутреннего отвалообразования вскрышные породы транспортируются на внешний отвал. Перемещение дробильных установок осуществляется при помощи гусеничного транспортера. Такой транспортер грузоподъемностью 420 т был поставлен фирмой MAN TAKRAF в 1996 г. на известняковый карьер Янбу в Саудовской Аравии.

Одним из примеров применения крупной полустационарной дробильной установки является установка на чилийском меднорудном карьере Эскондида, которая была сконструирована, поставлена, смонтирована и введена в эксплуатацию фирмой MAN TAKRAF всего лишь за 14 месяцев после получения заказа. Установка рассчитана на производительность 5750 т/ч, что соответствует суточной производительности приблизительно 90000 т. руды. Крупность поступающей в дробилку руды составляет 1.2-1.5 м, а на выходе размер куска руды снижается до 200 мм.

Самосвалы грузоподъемностью 218 т перегружают руду в загрузочный бункер вместимостью 500 т. Благодаря соответствующей конструкции бункера материал падает на имеющийся уже в этом месте слой руды, так что износ футеровки на этом участке бункера минимальный. Под дробилкой находится разгрузочный желоб, откуда измельченный материал попадает на разгрузочный конвейер длиной 127 м. Ширина ленты 2800 мм и максимальная скорость ее движения 2.4 м/с  позволяют конвейеру воспринимать пиковые нагрузки по производительности до 13000 т/ч. Они возникают, когда в дробилку подается большая доля мелкого материала, который очень быстро проходит через дробилку. Чтобы не рассчитывать конвейерную систему по всей длине на пиковые нагрузки, в систему включили промежуточный бункер, который обеспечивает более равномерный поток транспортируемого материала.

Отличительной чертой дробилки являются ее прекрасные динамические свойства, обеспечивающие минимальную вибрацию во время эксплуатации. Кроме того, башня для обслуживания установлена отдельно от рабочего узла дробилки, так что в кабине машиниста можно почувствовать только минимальные колебания. Вся установка была рассчитана на сейсмическую безопасность на основе исследований колебаний с помощью специальных программ, позволивших создать оригинальную конструкцию стоек.

В 1996 г. фирма MAN TAKRAF в связи с реконструкцией меднорудного карьера Канания в Мексике получила от чилийской фирмы CODELCO заказ на ликвидацию имеющейся на карьере дробильной установки и на монтаж конусных дробилок в две заново строящихся полустационарных установки. Эти установки работают по тому же принципу, как и описанная выше установка на карьере Эскондида. Введенная в эксплуатацию (1997 г.) полустационарная дробильная установка отличается тремя общими новшествами:

  • в загрузочном бункере в качестве одного из его бортов используется естественный откос уступа, что привело к сокращению массы установки и тем самым к сокращению инвестиционных расходов;
  • бетонный бункер, предназначенный для сглаживания пиковых нагрузок, располагается непосредственно под конусной дробилкой, что позволяет осуществлять подачу добываемого материала на разгрузочную конвейерную установку при помощи укороченного конвейера;
  • между двумя подъездными автомобильными дорогами существует третья- для подъезда небольшого погрузчика, способного в случае необходимости за короткое время произвести очистку загрузочного бункера для проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту.

Совместно с английской фирмой MMD фирмы MAN TAKRAF поставили две полустационарные дробильные установки на российский карьер Талдинский в Кузбассе производительностью по 3600 т/ч; объемом загрузочного бункера — 130 м3; шириной ленты разгрузочного конвейера — 1.8 м. В этих установках подача измельченного материала, в отличие от вышеописанных, производится прямым способом. Для этого используется пластинчатый конвейер, отбирающий материал из загрузочного конвейера. Крупные глыбы, которые не в состоянии пройти через дробилку, подлежат уменьшению фрезерной установкой, в то время как мелкий материал может легко пройти через дробилку с помощью активного роликового грохота.

Основными преимуществами настоящего типа дробилки можно назвать: компактность, малую высоту корпуса; небольшой вес; дробление до необходимой крупности без крупнокусковой фракции; возможность переработки больших кусков породы. После демонтажа разгрузочного конвейера дробильную установку можно перевести при помощи гусеничного транспортера к новому месту работы.

Одним из основных и решающих компонентов любого оборудования с поточным транспортом являются ленточные конвейеры. В качестве актуального примера может служить система ленточных конвейеров типа Overland Conveyor и оборудования, поставленных фирмой MAN TAKRAF в 1996 г. на чилийский карьер Эль-Абра для использования в технологических схемах выщелачивания руды.

В отличие от ранее применявшихся систем in-pit crushing, которые всегда использовали для подъема скальных пород с большой глубины, система Overland Conveyor представляет так называемую систему Downhill Conveyor, задача которой состоит в транспортировке измельченной руды под уклон на расстояние 15 км с высоты 3900 м над уровнем моря до склада, находящегося на 500 м ниже точки загрузки.

Системы in-pit crushing могут использоваться и для отсыпки в отвал в качестве отвалообразователя. Разработанный компактный ленточный отвалообразователь был поставлен в рамках проекта на карьер Эль-Абра. Оставшийся после выщелачивания на отвале материал черпается роторным экскаватором и передается на конвейер транспортно-отвального моста со стрелой длиной 60 м. Таким образом достигается отсыпка на 25 м выше уровня стояния отвалообразователя. Глубина отсыпки зависит от параметров породы и составляет в приведенном случае 100 м выше уровня разработки. При помощи длинной стрелы отвалообразователь может создать подпорный отвал, стабилизирующий  подошву откоса нижней отсыпки. Это имеет особое значение, потому что в этой области Чилийских Анд действует высокая сейсмическая активность.

Рассмотренные примеры представляют лишь незначительную часть возможных применений технологии IPC. Для каждого нового проекта потребуется отдельный расчет необходимого оборудования, связанного с многообразием конкретных условий эксплуатации горнодобывающего предприятия. Один из принципов фирмы MAN TAKRAF при подготовке проектов разработки месторождения состоит в том, что выбор карьерного оборудования производится с учетом планирования его использования в перспективе.

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Экономическое сравнение двух технологий было выполнено для условий разработки гипотетического карьера с производительностью 11 млн.т вскрышных пород в год и годовом фонде рабочего времени 4580 ч (т.е. часовая производительность карьера составила 2400 т/ч). Расчет экономических затрат производился на основе специальной программы, разработанной специалистами компании TAKRAF, в которой в качестве влияющих на расходы показателей использовались, так называемые, «первичные» и «вторичные» факторы.

К первым относятся: высота подъема, расстояние транспортирования, производительность грузопотока, характеристики насыпного материала (гранулометрический состав, абразивность, прочность), срок службы карьера, размер заработной платы, стоимость энергии. Среди «вторичных» факторов фигурируют: геометрия месторождения, территория, параметры местонахождения предприятия (персонал, климат, окружающая среда, сейсмические условия), условия финансирования, уровень проведения ремонтных и сервисных работ. По мнению специалистов компании первичные факторы определяют порядок стоимости технологии, а вторичные оказывают лишь незначительные вариации в пределах этого порядка.

С целью выявления на эффективность технологии влияния глубины разработки расчеты были сделаны для высоты подъема 90, 180 и 270 м. Основные расчетные параметры технологий приведены в табл. 1.

Циклично-поточная технология включает полустационарную дробильную установку, крутонаклонный конвейерный подъемник с лентой типа «сэндвич», магистральный конвейер длиной 600 м и шириной ленты 1000 мм на борту карьера, поворотный отвалообразователь. В зависимости от глубины карьера используются 1, 2 и 3 секции крутонаклонного конвейера, каждая высотой 90 м. Порода от забоев до дробильной установки доставляется самосвалами.

Сравнение технологий только по величине начальных инвестиций, включающих стоимость основного и вспомогательного оборудования, а также расходы на строительство, показывает, что циклично-поточная технология с использованием полустационарной дробильной установки становится более эффективной, начиная с глубины разработки 230 м (рис. 1 и 2).

Сопоставление технологий по удельным капитальным и эксплуатационным затратам, приведенное на рис. 3, указывает на тенденцию, при которой с ростом глубины карьера технология IPC является более экономичной — при глубине карьера 90 м расходы по этой технологии на 23% ниже, чем технологии с использованием исключительно самосвалов. Граница эффективности находится на глубине карьера около 50 м (рис. 4).

Экономия по капитальным вложениям в случае применения ЦПТ составляет при глубине карьера 90, 180 и 270 м соответственно 10, 30 и 50% от величины общих затрат, а экономия расходов на запасные и быстроизнашивающиеся части — 40, 55 и 65%. Эту статью эксплуатационных расходов отличает наибольшая экономия средств, чему способствуют высокие издержки на шины, которые в рассматриваемых условиях должны заменяться не менее одного раза в год. Если стоимость комплекта шин составляет около 10% от стоимости самосвала, то расходы на запасные и быстроизнашивающиеся части в ЦПТ с использованием полустационарной дробильной установки составляют всего лишь от 3 до 5% инвестиций.

Удельное потребление энергии в технологии IPC также явно ниже — 10, 40 и 55% соответственно. Причиной этого является неблагоприятное соотношение полезного груза и собственного веса самосвала, средняя величина которого в настоящее время составляет 1.65 (рис. 5). Это соотношение у конвейерных установок в 3-6 раз выше. Если учесть, что самосвалы должны совершать порожние рейсы, то они в целом транспортируют больше собственного веса, чем полезного груза.

Разница в удельных капитальных затратах объясняется различиями в сроках эксплуатации самосвалов и конвейеров. У первых он составляет приблизительно 6 лет, исходя из нормы годового пробега 25-35 тыс.км. Конвейеры могут эксплуатироваться в течение 20 лет, т.е. за этот срок парк самосвалов следовало бы полностью обновить три раза.

В тех случаях, когда срок эксплуатации карьера не превышает 20 лет, границы эффективности технологий определяют с помощью графоаналитического метода NPV (Net-Present-Value) по кумулятивному графику, на котором по оси ординат откладываются в нарастающем порядке в соответствии с годом отработки суммарные капитальные затраты, реинвестиции и эксплуатационные расходы. Оценка вариантов производится на основе будущих платежей с учетом процентной ставки.

На рис. 6 приведены зависимости NPV для трех значений глубины карьера. При глубине 90 м, начиная с 6-го года эксплуатации более эффективна циклично-поточная технология. При глубине 180 м цикличная технология с использованием самосвалов уже через год не имеет экономических преимуществ, а при глубине 270 м — ЦПТ с самого начала является более предпочтительной технологией.

Данные табл. 2 показывают экономическую эффективность результатов сравнения технологий при разных размерах дополнительных инвестиций за 20-летний период разработки карьера.

Выводы

На основе рассмотренного примера установлено, что технология разработки карьеров с использованием конвейерного транспорта значительно экономичней автосамосвалов. Это является главной причиной того, что все большее количество карьеров, разрабатывающих скальные породы, переходя к технологии «in-pit crushing». Несмотря на большую величину начальных инвестиций, по мере отработки карьера получается экономия, которая при длительных сроках эксплуатации превышает 50-процентную величину общих расходов традиционной технологии с использованием только самосвалов.

На небольших карьерах с годовой производительностью 11 млн.т вскрышных пород экономическое преимущество использования ЦПТ, состоящей из дробилки, ленточного конвейера и отвалообразователя, начинается уже с глубины разработки 50 м.

Фирма MAN TAKRAF готова поделиться своим опытом и помочь всем заинтересованным научно-исследовательским институтам и горнодобывающим предприятиям при принятии решений по выбору циклично-поточной технологии отработки месторождений. 

Журнал "Горная Промышленность" №1 1998