Технологии и условия эффективного применения мобильных установок крупного дробления и ленточных конвейеров

Jorma Kempas, руководитель направления «Решения для дробления в карьере», Metso (Тампере)

Артем Асхадулин, менеджер по работе с ключевыми клиентами, Metso (Москва)

В статье рассмотрены установки крупного дробления, их основные области современного применения. Проведён анализ преимущества их использования в комплекте с конвейерным транспортом и рассмотрено влияние внедрения таких систем на различных стадиях горных работ, включая подготовку и планирование разработки месторождения.

Различные исследования показали, что на транспортирование материала расходуется основная часть затрат на любых горных работах. Если рассматривать цепь расходов, от буровзрывных работ до складирования крупнодробленого материала, то на его транспортирование обычно приходится 40–60%. Поэтому, при поиске ресурсов возможной экономии затрат, процесс транспортирования, безусловно, стоит того, чтобы его тщательно проанализировать. При сравнении себестоимости транспортирования пород автомобильным и конвейерным транспортом обнаруживается, что последний имеет потенциал экономии до 70–80%.

052 6

Общеизвестно, что скальный исходный материал для транспортирования конвейерами, как правило, предварительно дробится до максимального размера куска, обычно составляющего 300–400 мм. Такое требование привело к разработке полумобильных и мобильных установок крупного дробления еще в 1950-х годах. Первоначально конструкции таких машин представляли собой «стационарную дробилку, переделанную в передвижную», что делало их достаточно тяжелыми и трудно перемещаемыми. Обычно эти машины меняли места установки – один или два раза в течение месяца работы.

С середины 1980 годов ситуация в индустрии нерудных материалов была весьма схожей с ситуацией в других отраслях горнодобывающей промышленности. Почти все дробилки крупного дробления были стационарными или передвижными на колёсном шасси. В 1985 году мир увидел новый тип мобильных установок уже на гусеничном ходу, удовлетворяющих потребности производителей нерудных материалов, которые часто перевозят свою технику по дорогам общего назначения. Затем на их основе были созданы более крупные дробилки большей производительности при сохранении высокой мобильности. Эти машины перемещаются в течение рабочего дня по объекту, что открывает новые возможности по планированию разработки месторождения и вариантам загрузки добываемого материала.

С тех пор количество эксплуатирующихся в отрасли мобильных дробилок на гусеничном ходу выросло. В производстве нерудных материалов, например, даже трехстадийные дробильно-сортировочные комплексы – совсем не редкость.

Рост цен на топливо и дороговизна шин для карьерных самосвалов негативно воздействуют на себестоимость продукции. При правильном применении мобильные дробильно-сортировочные установки в комбинации с конвейерным транспортом обеспечивают бесспорное преимущество эксплуатации всего комплекта оборудования.

052 2

Ниже приведён сравнительный анализ факторов, определяющих себестоимость получения дроблёной продукции и обеспечивающих преимущества в применении мобильных дробильных установок в комплекте с конвейерным транспортом.

Себестоимость продукции

Один из криериев для оценки любой транспортной системы – это себестоимость готовой продукции. Ниже проводится сравнение себестоимости транспортирования продукции ленточными конвейерами и автотранспортом, с анализом их чувствительности к различным эксплуатационным факторам.

Расстояние транспортирования

Ленточные конвейеры демонстрируют максимальное преимущество при сравнительно небольших расстояниях доставки продукции. На рис. 1 и 2 представлена себестоимость транспортировки 500 тыс тонн в год (по горизонтали) на расстояние 1,0 и 5,0 км, соответственно. Затраты при ленточном конвейрном транспорте сильно зависят от величины капитальных затрат, которые растут практически прямо пропорционально расстоянию транспортирования продукции.

С другой стороны парк карьерных самосвалов имеет ограничение как по минимальному так и по максимальному расстоянию транспортирования грузов, и на коротких дистанциях часто не полностью использует потенциал своей производительности:

- при расстоянии доставки 1,0 км разница в себестоимости тонны продукции чрезвычайно заметна, а окупаемость достигается примерно через 2 года;

- при доставке на расстояние 5 км себестоимость перевозимой тонны груза ленточным конвейером всё еще ниже, чем автотранспортом, из-за больших капиталовложений срок его окупаемости увеличивается примерно до 15 лет.

Годовая производительность предприятия

С увеличением годового объёма перевозимых грузов повышается конкурентоспособность ленточных конвейеров. Это объясняется тем, что относительно небольшие инвестиции в удлинение конвейерного транспорта способны значительно повысить его производительность. На рис. 3 показана себестоимость перемещения 1,0 млн т железной руды в год на расстояние 5,0 км. Срок окупаемости капиталовложений здесь сокращается уже примерно до 8 лет.

Величина суммарного угла наклона трассы транспортирования

Чем круче подъём трассы, тем заметней преимущество использования системы конвейерного транспорта. В основном это объясняется снижением скорости и увеличением расхода топлива самосвалов при его движении по дорогам с увеличенным углом подъёма. С другой стороны, ленточным конвейерам для преодоления крутых подъемов требуется большая мощность электроприводов. На рис. 4 показана себестоимость перевозки 1,0 млн т железной руды в год на расстояние 5,0 км по дорогам с подъёмом в 8 %. В таких условиях срок окупаемости затрат также укорачивается, уже примерно до четырёх лет.

Вышеприведённые расчёты подтверждают, что к единственному неблагоприятному условию для эксплуатации конвейерных систем относится малый объём перевозимых в год грузов в комбинации с большими расстояниями его транспортирования. В любой другой ситуации конвейерный транспорт даёт значительную экономию при условии, что для применения конвейеров не существует каких-либо ограничений с точки зрения технологии разработки карьера.

052 4

Окружающая среда и производственная безопасность

Сокращение масштабов использования автотранспорта всегда снижает отрицательное воздействие горной промышленности на окружающую среду. Карьерные автосамосвалы представляют основной источник вредных воздействий в виде выхлопных газов, пыли и шума. По международным соглашениям допустимые уровни выбросов в атмосферу от дизельных двигателей были значительно снижены, но, тем не менее, их воздействие растёт. Замена автосамосвалов конвейерами, работающими на электрических приводах, полностью устраняет подобные вредные выбросы. Например, пыль, образующаяся при движении автотранспорта, можно подавить водой, но на такие мероприятия требуется дорогостоящая техника, и даже она никогда не снимает проблему полностью. А пылеукрытия ленточных конвейеров, напротив, позвоялют решить проблему пыли.

Вместе с тем, движущиеся самосвалы представляют постоянную угрозу здоровью оказавшегося поблизости человека, поэтому несчастные случаи на дорогах и в карьерах всё равно имеют место, вне зависимости от уровня строгости соблюдения правил техники безопасности. Однако, справедливости ради, необходимо отметить, что ленточные конвейеры, значительно снижая уровень промышленной опасности, не устраняют её полностью.

Коэффициент вскрыши

Для организации эффективной работы самосвалов в карьере нужна гораздо большая транспортная берма, чем для установки и технического обслуживания ленточных конвейеров. При разработке наклонного рудного тела это позволяет выставлять борта карьера под более крутыми углами, что снижает коэффициент вскрыши и сокращает конечные объёмы её выемки. В условиях разработки некоторых карьеров это может оказывать критическое влияние на себестоимость продукции.Дробильная установка Lokotrack LT160

Дробильная установка Lokotrack LT160

Эксплуатационная гибкость

Мобильные дробилки чрезвычайно универсальны по двум причинам:

1. Они представляют собой оборудование стандартного модельного ряда у большинства изготовителей, и поэтому заказы на их поставку выполняются в достаточно короткие сроки;

2. Они могут легко перемещаться от одного объекта к другому и быстро приводятся в рабочее состояние после очередного перемещения.

Отмеченные достоинства делают эти машины идеальными для их использования в карьерах в качестве резервных, позволяющих не прерывать производственный процесс когда стационарная или полу-мобильная головная дробилка становится на капитальный ремонт или перебазируется. Их также можно использовать при дроблении материалов, используемых для возведения инфраструктурных объектов, дорог, дамб и засыпки подземных полостей.

Модельный ряд мобильных установок крупного дробления

При рассмотрении целесообразности использования и выборе модели мобильных установок крупного дробления необходимо принимать во внимание следующие факторы:

- Крепость и абразивность горных пород – определяют тип применяемой дробилки;

- Размер максимального куска питания – определяет необходимый размер приёмного отверстия дробилки;

- Гранулометрический состав питания – определяет долю объёма в потоке питания, который можно пустить в обход дробилки I стадии;

- Требуемая производительность – определяет тип и размер дробилки, питателя и разгрузочного конвейера;

- Требуемая крупность продукта – определяет тип и размер дробилки;

- Тип и способ разрузки – определяет размер и конструкцию приёмного бункера.

На железорудных предприятиях, разрабатывающих абразивные руды I стадии дробления обычно используют щёковые дробилки.

Модельный ряд установок Lokotrack крупного дробления на базе щековой дробилки

Модельный ряд установок Lokotrack на базе щёковой дробилки и типовые эксплуатационные их характеристики приведён в таблице.

Дробильно сортировочный комплекс

Дробильно-сортировочный комплекс

Мобильные конвейерные перегружатели

Для полного использования мобильности головной дробилки на гусеничном ходу между ней и карьерной конвейерной системой нужно использовать мобильные конвейеры-перегружатели. Уникальная система Lokolink, созданная для работы с дробилками крупного дробления Lokotrack, механически сопрягается одним концом с дробилкой, а другим концом – с магистральным конвейером. При перемещении головной установки Lokotrack, конвейеры Lokolink также синхронно перемещаются, следуя за ней. Таким образом, сокращается общее время на каждое перебазирование дробильноперегрузочного комплекса.

При использовании экскаваторов типа прямая лопата или экскаватора с оборудованием типа обратная лопата для загрузки первичной дробилки, требуются периодические перемещения (на 10–15 м), как правило, через каждые 3–5 часа работы, чтобы удерживать ее достаточно близко к складу дробимой породы. Эти перемещения легко реализуемы за менее чем 5 минут с помощью системы Lokolink, тогда как перемещение отдельных конвейерных ставов может потребовать 30 минут и более.

Разгрузочный бункер, к которому подсоединяется второй конвейер, является также частью системы Lokolink. При этом бункер выполняет несколько функций:

- действует как статическая точка позиционирования Lokolink; - установленный вибрационный питатель регулирует поток материала на следующий конвейер;

- выполняет функцию уравнительного буфера, позволяющего разгружать щёковую дробилку, в случае остановки следующей после бункера конвейерной системы.

Как правило, конвейер, установленный за Lokolink, оснащен по бокам рельсами.

После снятия механического тормоза, стопорящего бункер на рельсах, его можно сдвигать вместе с Lokotrack и конвейерами Lokolink.

Дробильная установка Lokotrack LT140 и система Lokolink

Дробильная установка Lokotrack LT140 и система Lokolink

Влияние мобильных дробилок в комплекте с конвейерами на операции и на процесс добычи

Применение транспортных систем, состоящих из мобильных установок крупного дробления и ленточных конвейеров, оказывает определённое влияние на все технологические операции и процессы добычи полезного ископаемого.

Буровзрывная подготовка горной массы

Требования, связанные с дальнейшей рудоподготовкой, не зависит от того, какой тип дробилки для крупного дробления будет использован – стационарный или передвижной. Для передвижной дробилки, как и для стационарной, обязательно соблюдение пропорции между размерами приёмного бункера и максимального размера куска горной породы, поступающей на первичное дробление. Эти пропорции по величине – одинаковые для обеих типов дробилок.

Дробильная установка Lokotrack LT140 оснащена специальным наземным бункером для приемки материала

Дробильная установка Lokotrack LT140 оснащена специальным
наземным бункером для приемки материала

Нагрузка

Несмотря на высокую мобильность Lokotrack и конвейеровперегружателей Lokolink всякое их перемещение сопряжено с неизбежными технологическими простоями всего комплекса в работе. Одним из реальных способов сокращения числа перемещений всего комплекса оборудования служит увеличение ширины отрабатываемой заходки (забоя). Такой способ сопряжён с необходимостью увеличения количества взрываемых рядов скважин. Система мобильных установок крупного дробления и ленточных конвейеров-перегружателей особенно эффективна при разработке уступов большой высоты и с большим количеством одновременно взрываемых рядов скважин. Последний фактор оказывает особенно значительное влияние на производительность выемочно-погрузочной машины, установленной в забое.

Методы загрузки дробилки

Как отмечалось ранее, сравнительно высокая мобильность Lokotrack и системы Lokolink не препятствует эффективной работе с ними экскаваторов, оснащённых рабочим оборудованием как типа прямая лопата, так и обратная лопата. Кроме того, для загрузки дробилок крупного дробления могут использоваться также эффективно и одноковшовые колёсные погрузчики большой грузоподъёмности.

Экскаватор типа обратная лопата

В настоящее время загрузку горных пород в большую часть дробилок крупного дробления на гусеничном ходу осуществляют экскаваторы-обратные лопаты, в т.ч. малогабаритные модели. Этот тип машин довольно широко распространён в целом по отрасли, т.к. имеет явные преимущества по удельной производительности, в расчёте на единицу рабочего времени по целому ряду факторов:

- легкий контроль негабаритов в питании (т.к. оператор видит операцию заполнения ковша);

- постоянный обзор колосникового питателя, так как экскаватор размещается на навале дробимой породы. Это помогает сохранять необходимый уровень загрузки материалом колосникового питателя;

- экскаватор может быть подобран по размеру, чтобы соответствовать требуемой производительности по загрузке дробилки;

В большинстве случаев, использование экскаваторов с оборудованием типа обратная лопата считается обеспечивающим максимально низкую себестоимость погрузки.

Экскаватор типа прямая лопата

Когда для загрузки дробилки крупного дробления на гусеничном ходу отдаётся предпочтение экскаватору типа прямая лопата, его модель подбирается по рабочим параметрам машины: вместимости ковша, радиусу и высоте разгрузки ковша, радиусу и высоте черпания. При обычной эксплуатации это, как правило, приводит к выбору слишком большого экскаватора. Контроль над негабаритами в загружаемом в ковш продукте питания дробилки и скорости подачи горной массы в дробилку – не такое легкое дело, как при использовании экскаваторов типа обратная лопата.

Экскаватор типа прямая лопата лучшим образом работает на погрузке в бункер дробилки равномерно и мелко особенно раздробленного материала. При такой кусковатости экскаватор обычно развивает наивысшую производительность по погрузке. По усилиям копания экскаватор «прямая лопата» находится на одном уровне с экскаватором типа обратная лопата.

Колёсный одноковшовый погрузчик

По способности и величине развиваемого усилия копания, а также по контролю над поступлением негабаритов в питание дробилки, колесный погрузчик уступает экскаваторам обоих типов. Однако, благодаря способности погрузчиков доставлять породу в ковше до бункера дробилки, их использование позволяет увеличить интервал передвижения дробилки крупного дробления от одного раза за 3–5 часов её работы до одного раза за 2–3 смены, таким образом, увеличивая время производительной работы дробильного комплекса. Колесные погрузчики также способны смешивать (в режиме усреднения) поступающее из нескольких забоев породы, добиваясь оптимального состава питания дробилки и одновременно обеспечить максимальное расстояние доставки горных пород в ковше погрузчика (практически эквивалентное шагу переноса дробилки), равное 75–100 м.

При использовании колёсных одноковшовых погрузчиков для загрузки стандартной дробилки крупного дробления на гусеничном ходу, оснащенной колосниковым питателем, как правило, требуется соорудить наклонный пандус, чтобы обеспечить выгрузку горной породы из ковша погрузчика в приемный бункер. Такой пандус обычно отсыпается из дробимых пород и в течение получаса рабочего времени, что, учитывая частоту перемещения дробилки, технологически вполне приемлемо. Более высокий уровень производительности дробильного комплекса требует его оснащения пластинчатым питателем, чтобы снизить высоту погрузки и, таким образом, уменьшить время рабочего цикла погрузчика.

Карьерный автосамосвал

Стандартные дробилки крупного дробления на гусеничном ходу обычно не имеют приёмных бункеров, допускающих прямую разгрузку в них пород из кузова карьерного самосвала. Однако возможность такой организации работ может создать определённые преимущества в технологии горного производства, особенно на стадии начала разработки карьера. Это может иметь место, например, при вскрытии нового горизонта в карьере, когда имеется достаточное пространство для размещения и работы систем мобильных установок крупного дробления и ленточных конвейеров. Также это может быть технологически оправдано, когда объём добываемой в некоторых из удаленных участков карьера породы, делает экономически не выгодным удлинение става в карьерной конвейерной системе. В таких ситуациях стандартная дробилка крупного дробления на гусеничном ходу может быть оснащена дополнительным специальным наземным бункером, способным принимать материал, выгружаемый из кузова самосвалов.

Влияние на планирование горных работ

Известно, что бесспорное преимущество автомобильного транспорта в карьере заключается в его технологической гибкости, т.к. исходный дробимый материал с его помощью может доставляться в любое время и из забоев, расположенных любой точке карьера. Это, конечно, при условии, что имеется сеть внутрикарьерных и подъездных дорог к каждому забою. На ритм работы по транспортированию самосвалами горной массы из карьера не оказывает значительного влияния, например, при остановке в работе одного или нескольких самосвалов. Такие остановки легко ликвидируются за счет резервных машин, имеющихся в парке грузовых автомобилей карьера, чтобы поддерживать, по крайней мере, на определённом уровне производственную мощность предприятия. Системы установок крупного дробления и ленточных конвейеров-перегружателей не обладают такой гибкостью. Мобильные дробилки крупного дробления и мобильные ленточные конвейеры-перегружатели легко передвигать в пределах карьера, однако карьерная конвейерная система в целом сдерживает быструю смену режима работы всего транспорта. По этой причине, планирование горных работ – вероятно единственное место, где применение системы крупного дробления и ленточных конвейеров-перегружателей представляется наиболее критическим. Планирование пошаговых продвижений забоев на каждом горизонте (уступе), а также план размещения различных участков карьерной конвейерной системы создаётся за годы вперёд. При этом стремятся свести к минимуму частоту перемещения ленточных конвейеров.

Общие соображения по эффективности применения дробилок и видов транспорта

Если условия разработки конкретного месторождения не отвечают вышеперечисленным требованиям, всё же, тем не менее, остаются способы успешного внедрения рассмотренных систем.

Можно перечислить некоторые моменты:

- Объединять в одну общую систему мобильные установки крупного дробления и ленточные конвейеры, работающие на двух – трёх соседних уступах карьера.

- Использование двух или более параллельных систем. Данный принцип позволяет смешивать добываемый в разных забоях исходный материал различного качества, расширяя диапазон теоретической производительности карьера и улучшая коэффициент эксплуатационной готовности оборудования.

- Способность объединять в один поток горную массу, поступающую из различных складов или забоев через тоннельную систему питания.

Выводы

Системы мобильных установок крупного дробления и ленточных конвейеров по сравнению с транспортированием карьерными самосвалами, отличают определённые ограничения, главным образом связанные с их эксплуатационной гибкостью. Однако имеется много случаев, где данные ограничения не играют большой роли, или их можно преодолеть инновационным, профессиональным планированием горных работ. При точно выверенном применении системы, возможно достичь значительного уменьшения издержек на добычу полезных ископаемых. Поэтому, для горнодобывающих компаний очень важно определить возможность применения системы уже на ранней стадии модернизации действующего производства или в проекте, создаваемом с нуля.

www.metsominerals.ru 

www.metso.com

Журнал "Горная Промышленность" №4 2012, стр.52