Циклично-поточная технология с использованием самоходных дробильных установок

Е.А. Сапаков, д.т.н., корпорация «Казахмыс»; С.С. Кулнияз, к.т.н., доцент КарГТУ

Согласно исследованиям, проведенным в ИГД УрО РАН ни один из традиционных видов транспорта не обладает возможностью «в одиночку» эффективно, не увеличивая при этом затраты, производить транспортировку горной массы из карьеров глубиной, превышающей 400 м. Анализ развития горных работ и формирования рабочей зоны таких карьеров показывает, что при разрешении транспортных проблем и выборе эффективной транспортной схемы при разработке глубокозалегающих месторождений полезных ископаемых необходимо учитывать главную особенность - этапность разработки, обусловленную не только стремлением равномерно распределить объемы вскрышных работ, но и необходимостью расположения на его временно нерабочих бортах транспортных коммуникаций или технологических звеньев горного оборудования и периодического их переноса, с целью создания эффективных условий для работы транспорта.

Основным направлением снижения затрат на транспортирование горной массы с нижних горизонтов глубоких карьеров и, соответственно, снижения себестоимости добычи полезных ископаемых является применение циклично-поточной технологии (ЦПТ), а именно, технологических схем с автомобильно-конвейерным, железнодорожно-конвейер-ным, собственно конвейерным видами транспорта и дро-бильно-перегрузочными установками стационарного, передвижного или самоходного исполнения.

При транспортировании горной массы автосамосвалами около 60% энергии используется на перемещение собственной массы машины и только 40% - на перевозимый груз. Для ленточных же конвейеров это соотношение соответственно равно 20% и 80%.

Исследования показали, что удельное энергопотребление ЦПТ, применяемой на карьерах стран СНГ, по сравнению с цикличной технологией ниже на 14-16%. Это весьма важно в условиях постоянного повышения цен на энергетические ресурсы. Энергопотребление основных технологических процессов в среднем характеризуется следующим распределением: 75-80% - на транспортирование горной массы, 8-10% - на дробление, 16-18% - на экскавацию.

Вместе с тем следует отметить, что анализ показателей работы карьеров стран СНГ, применяющих ЦПТ, в целом не соответствует ожиданиям и прогнозам, основанным на опыте работы карьеров других стран мира.

Одна из основных причин сравнительно низкой эффективности схем ЦПТ, используемых на карьерах стран СНГ, заключена в стационарности структурных элементов дро-бильно-конвейерной системы и обусловленной ею большой материало- и капиталоемкости.

Технологические схемы ЦПТ со стационарными дробиль-но-перегрузочными пунктами (ДПП) снижают свою эффективность по мере углубления горных работ, приводящего к постоянному увеличению расстояния от забоев до бункера дробильно-перегрузочного пункта. Следует отметить, что только за период строительства стационарного ДПП, которое длится не менее 3-5 лет, расстояние перевозки самосвалами от забоев до приемного бункера составит около 1 км. За последующие 5 лет разработки месторождения фактическая длина доставки на плече «забой - ДПП» превышает 3 км. В связи со снижением эффективности работы автотранспорта возникает объективная необходимость в переносе ДПП на следующий концентрационный горизонт.

При переносе ДПП возникают значительные «бросовые затраты», связанные с финансированием строительно-монтажных работ эксплуатировавшегося ДПП, так как после его демонтажа в дальнейшем используется только его механическое оборудование (дробилки и питатели), стоимость которого составляет не более 30% первоначальной стоимости ДПП.

Рациональное формирование рабочей зоны глубоких карьеров предопределяет необходимость применения в комплексах ЦПТ периодически переносимых дробильно-перегрузочных установок (ДПУ), конструктивное исполнение которых не сопряжено с значительными «бросовыми затратами». Тип ДПУ, периодичность и шаг их переноса устанавливаются по результатам оптимизации технологических грузопотоков за длительный период разработки. Конструктивное исполнение ДПП, позволяющее с наименьшими затратами по мере необходимости переносить его на другую площадку, определяет степень его подвижности.

Следует отметить, что в последние годы на крупных карьерах получили широкое распространение схемы с передвижными дробилками и коротким автомобильным плечом откатки, а в карьерах средней и малой производительности - схемы, основанные на использовании самоходных дробильных агрегатов (СДА).

При применении СДА можно работать узкими или широкими заходками в зависимости от ширины рабочей площадки, параметров развала, рационального числа передвижек линии забойных конвейеров.

В 1985 г. проектный институт «Гипроцветмет» разработал ТЭО строительства Актогайского ГОКа с годовой мощностью по руде 32 млн. т на базе месторождения Актогай.

В проекте рассмотрены 4 варианта технологических схем вскрытия и разработки месторождения:

I вариант - вскрытие и разработка месторождения с применением автомобильно-железнодорожного транспорта;

II вариант - то же, с применением автомобильного транспорта;

III вариант - то же, с применением конвейерных (тележеч-ных) поездов;

IV вариант - то же, с применением автомобильно-конвейерного транспорта, с перепуском горной массы через рудоспуски в карьере и дальнейшей транспортировкой руды и породы на дневную поверхность конвейерами, размещенными в подземных наклонных выработках.

Технико-экономическое сравнение вариантов показало, что по капитальным затратам наименее капиталоемкий -IV вариант, по эксплуатационным и приведенным затратам - I вариант.

В 2005 году по заказу корпорации «Казахмыс» фирма ThyssenKrupp Fcrdertechnik (Германия) представила проект разработки Актогай-Айдарлинского месторождения с применением ЦПТ и использованием полустационарных дробильных установок (см. таблицу).

Данная технологическая схема предусматривает доставку руды, вскрышных и вмещаемых пород от забоев до ДПП в автосамосвалах. ДПП состоит из двух полустационарных дробильных установок годовой производительностью 15 млн. м3 каждая. Среднее расстояние доставки горной мас-

сы автосамосвалами составляет 1 км. Дробленые вскрышные породы и селективно добываемые окисленные руды системой конвейеров транспортируются раздельно в отвал и на склад забалансовых руд соответственно, а сульфидная руда -другой системой конвейеров на обогатительную фабрику. Общая протяженность конвейерной системы составляет 6.9 км. При этой технологической схеме для выполнения вы-емочно-погрузочных работ в карьере проектом предусмотрены 8 экскаваторов с емкостью ковша 26 м3 и 8 автосамосвалов грузоподъемностью 198 т.

По нашему мнению определенный интерес представляет вариант разработки карьера Актогай с применением технологической схемы на базе ЦПТ с использованием самоходных дробильных установок и модульных конвейеров длиной 120 м (см. схему). По данной схеме экскаватор загружает горную массу в приемный бункер самоходной дробильной установки производительностью 3.8 млн. м3/год, далее дробленая горная масса по системе модульного, соединительного и магистрального конвейеров транспортируется к месту складирования. Общая длина конвейеров составляет 25.7 км. Работа автосамосвалов в карьере не предусмотрена.

Модульный конвейер представляет собой пространственную металлическую конструкцию, устанавливаемую на металлических опорах и имеющую приемный бункер и разгрузочное устройство. Такой конвейер может быть установлен в любом месте технологической цепочки, а также может быть использован при расширении разрезного котлована и при доработке периферийных участков карьера. Он дает возможность более гибко использовать комплекс «экскаватор-дробилка» и максимально сократить простои, связанные с передвижкой и переустановкой ленточных конвейеров.

Экскавация и доставка взорванной горной массы в пределах 120-метровой зоны (длина модульного конвейера) производится мобильным экскаваторно-дробильным комплексом (МЭДК) (см. схему), включающим экскаватор, мобильную самоходную дробилку и два мобильных конвейерных перегружателя с эффективной длиной транспортировки материала 50 м. Максимально возможная ширина зоны отработки МЭДК составляет 150 м - от конвейера до линии нижней бровки уступа.

Технология отработки горизонтов с применением модульных конвейеров предусматривает разделение карьера на две равные по площади части - на Западный и Восточный фланги. В пределах каждого фланга размещается одна линия магистральных конвейеров и два передвижных конвейера (см. схему). Передвижные конвейеры устанавливаются перпендикулярно магистральным, а шаг их передвижки численно равен длине модульного конвейера - 120 м.

Используется поочередной порядок отработки 120-метровой зоны, в соответствии с которым сначала отрабатывается левая часть 30-метровыми экскаваторными заходками. Затем МЭДК переходит в правую часть, а в левой части производится массовое взрывное рыхление следующей 120-метровой полосы и перемещение передвижного конвейера на новое место. Магистральный конвейер наращивается модульными конвейерами. После отработки правой части МЭДК переходит в левую часть, а в правой в это время производится взрывное рыхление 120-метровой полосы и перемещение конвейера на новое место. Продолжительность одного цикла отработки в объеме 1.2-1.5 млн. м3 горной массы - около 1 месяца. Достоинством данного порядка отработки является то, что МЭДК практически не простаивает во время взрывов, передвижки и наращивания конвейеров, не считая кратковременных (на 1-2 часа) остановок на переключение конвейеров.

Для отработки горизонтов высота рабочего уступа принята равной 15 м.

Так как в северной части карьера отметки рельефа на 2-х участках превышают 440 м, а в южной части карьера, наоборот, отметки рельефа ниже 425 м, предусматривается понижение отметок в северной части карьера до 444 м и выравнивание линии фронта горных работ в южной части карьера с доведением высоты забоя до 5 м и отработкой забоев погрузчиками в комплексе с 96-тонными автосамосвалами (общий объем 2.8 млн. м3). После указанных подготовительных работ устанавливаются 600-метровые магистральные ленточные конвейеры, и начинается отработка гор. 425 м с применением ЦПТ.

Для отработки гор. 425 м, кроме четырех 600-метровых магистральных конвейеров, используются четыре 400-500-метровых передвижных конвейера и 12 модульных конвейеров. В процессе отработки горизонта формируется разрезной котлован гор. 410 м с уклоном для размещения подъемного конвейера длиной 100 м. Разрезной котлован в объеме 400 тыс. м3 выполняется с применением автотранспорта. Подошва котлована обуривается и взрывается до гор. 395 м.

После завершения отработки гор. 425 м комплекс ЦПТ перемещается в разрезной котлован гор. 410 м. Расширение котлована производится с использованием модульных конвейеров. Затем устанавливаются передвижные и магистральные конвейеры, и производится полномасштабная отработка горизонта по циклично-поточной технологии.

После удаления конвейерных линий на безопасное расстояние производится взрывное рыхление площади, прилегающей к южному борту, до гор. 395 м, и использование автомобильного транспорта двух разрезных котлованов гор. 395 м для вывозки пород. Подошва котлованов обуривает-ся и взрывается до гор. 380 м.

После отработки гор. 410 м комплексы ЦПТ перемещаются в разрезные котлованы гор. 395 м, с установкой двух подъемных конвейеров длиной 120 м каждый. Перемещение модульных конвейеров на нижний горизонт производится по автомобильным съездам. Объем пород, вывозимых автосамосвалами из котлованов гор. 395 м составляет 1100 тыс.м3.

Последующие горизонты отрабатываются в такой же последовательности и по аналогичной схеме.

Рассмотренная технологическая схема циклично-поточной технологии разработки месторождений с применением самоходных дробильных установок обеспечивает динамичное развитие горных работ по фронту и глубине при высоких технико-экономических показателях добычи медных руд.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Васильев М.В. и др. Циклично-поточная технология на карьерах чёрной металлургии СССР. / / Обзорная информация / ин-т «Черметинформация». М. - 1984. 67 с.

2. Котяшев АА. и др. Развитие циклично-поточной технологии на открытых горных разработках за рубежом. // Обзорная информация / ин-т «Черметинформация». М.

- 1989. -57с.

3. Мальгин О.Н. и др. Совершенствование циклично-поточной технологии горных работ в глубоких карьерах. - «Фан». Ташкент - 2002 г. -145с.

4. Сапаков ЕА., Кулнияз С.С. Способ вскрытия при реконструкции глубоких карьеров // Предварительный патент Республики Казахстан №14123 Е21С49/26 -бюл. №3

- 2004.

5. Сапаков Е.А. и др. Разработка циклично-поточной технологии для карьеров корпорации «Казахмыс» // Горный журнал. - 2005 - №5 (специальный выпуск).

6. Сапаков ЕА., Жаркенов М.И., Букейханов Д.Г. Обоснование граничных коэффициентов вскрыши при открытой разработке Жиландинской группы месторождений. // Горный журнал. - 1993. - №11.

7. Яковлев В.Л. Перспективные решения в области циклично-поточной технологии глубоких карьеров.// Тяжелое машиностроение. - 2003. -№3.

 

Журнал "Горная Промышленность" №5 (81) 2008, стр.