Промышленность нерудных строительных материалов. Современное состояние и особенности

Г.Р.Буткевич, к.т.н., ФГУП «ВНИПИИстромсырье»

Промышленность нерудных строительных материалов (НСМ) сформировалась как самостоятельная подотрасль горного производства в связи с программой интенсификации строительства с использованием сборного железобетона, принятой более 50 лет назад для обеспечения ускоренных темпов жилищного строительства. Продукция, относимая к НСМ, выпускалась ранее в значительных объемах, и мощности отдельных карьеров достигали 1 млн. м3 в год.

Промышленность НСМ имеет особенности, проявляющиеся в необходимости в ряде случаев принимать необычные, для других горных отраслей, технологические решения и использовать оборудование, создаваемое с учетом специфики данного горного производства. К этим особенностям относятся следующие:

-    разнообразие свойств полезных ископаемых: от песков до высокоабразивных изверженных пород прочностью 250-300 МПа и более;

-    количество карьеров насчитывает многие тысячи, при разбросе их производительности - от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов кубометров полезного ископаемого;

-    необычные требования к горной массе, предназначенной для переработки: минимальное содержание мелких частиц и сохранение природной прочности;

-    жесткая связь работы карьера и ДСЗ;

-    постоянное повышение требований к характеристикам продукции и расширению ее номенклатуры.

По объему добываемого минерального сырья промышленность НСМ России и многих других стран значительно опережает любую другую отрасль. В 2006 г. в России произведено около 300 млн. м3 НСМ, из которых 57% продукции

-    из скальных горных пород. В США в 2005 году произведено 2.9 млрд.т (около 1.9 млрд. м3). Доля НСМ, производимых из скальных пород, в США примерно соответствует российской. Причем, доля щебня, производимого из скальных пород, растет при снижении доли песчано-гравийной смеси и гравия. Это связано не только с запросами рынка, но и с изменениями состояния минеральной базы.

Основными потребителями НСМ в России и других странах мира являются бетонщики и строители автодорог, которые предъявляют не совпадающие по некоторым позициям требования к характеристикам продукции.

Из шести видов продукции, учитываемых Росстатом, более половины - приходится на щебень, в т.ч. щебень, изготавливаемый из гравия. В некоторых странах мира щебень из этого сырья относят к песчано-гравийной продукции (из-за чего происходит путаница при сравнении данных).

Наибольшим спросом пользуется щебень из прочных изверженных пород, особенно щебень 1 группы, так называемый «кубовидный». Согласно действующему в России ГОСТ 8267-93 к 1 группе относят щебень, содержащий не более 10% зерен пластинчатой и игловатой формы, то есть имеющих соотношение максимального и минимального размеров частиц более 3:1. Такой щебень перевозят в России на расстояние до 2 тыс. км, а также импортируют из Украины и Беларуси.

Производство щебня 1 группы сопряжено со значительным увеличением объема отсевов дробления, основная часть которых - около 90% (примерно 40 млн. м3) в год не находит покупателей и складируется в отвалах. Повальное увлечение щебнем 1 группы, более дорогим и ресурсоемким, нельзя считать оправданным. По мнению авторитетных специалистов-железобетонщиков, для большинства строительных объектов допустимо содержание в щебне зерен пластинчатой и игловатой формы в пределах 35%.

Щебень из изверженных пород марок по прочности М1200-М1400 и по морозостойкости F200-F300 с небольшим содержанием зерен пластинчатой и игловатой формы нужен лишь для ответственных конструкций, прежде всего, высотного домостроения, в которых применяются бетоны марки М600-М1000.

Сырьевая база

Развитие строительных технологий потребовало расширения ассортимента продукции. Предприятия в развитых странах выпускают десятки фракций песка, гравия и щебня, а также их смесей в соответствии со стандартом EN-12620. Пески - в диапазоне 0.063-2(4) мм, щебень - 2-56 мм. Отечественные предприятия расширили номенклатуру продукции до 9-10 и более наименований при разработке не только прочных изверженных, но и скальных осадочных и песчано-гравийных пород [1].

Сырьем для производства НСМ являются различные горные породы (их количество достигает 100 наименований). Все виды горных пород сырьевыми балансами сводятся к трем видам полезных ископаемых (табл. 1, 2). Приведенные в таблицах сведения показывают, что в эксплуатацию вовлечена примерно половина разведанных месторождений. За последние годы, как показали исследования М.И. Лопатни-кова, несмотря на снижение объема добычи в несколько раз, количество разведанных и разрабатываемых месторождений значительно увеличилось. Это произошло не благодаря разведке новых, а постановке на учет выявленных ранее месторождений и проявлений, среди которых преобладают месторождения с малыми запасами. По той же причине сокращаются средние размеры месторождений [2].

Среди поставленных на учет и эксплуатируемых месторождений средняя мощность вскрыши и коэффициент вскрыши несколько возрастают, сокращается количество месторождений с высоким качеством сырья. Следует отметить, что месторождения, расположенные вблизи крупных населенных пунктов и имеющие значительные запасы качественного сырья, в основном отработаны. По этой причине актуальным становится вопрос использования вторичного сырья, прежде всего вскрышных и вмещающих пород и отходов переработки полезных ископаемых различных отраслей горной промышленности, а также отходов строительства для производства НСМ. Если в России из отходов строительства вырабатываются едва ли более 1 млн. м3 щебня в год (учет этой продукции статистические органы не ведут), то в развитых странах их объемы составляют десятки млн. тонн: 60 млн.т в Германии, 30 млн. в Англии, 24 млн. во Франции [3], в США более 100 млн.т. В этом просматривается не только забота об экологии, но и стремление получить дополнительный доход, даже при незначительных объемах потенциальной продукции. Так, в США стало повсеместной практикой при подготовке территории под застройку раздельно складировать почвенный слой, песок и песчано-гравийную смесь, которые впоследствии используются самими строителями или продаются по рыночным ценам.

Технологии горных работ

Особенности технологии производства НСМ, прежде всего процессов добычи и переработки минерального сырья, отражаются на выборе схемы вскрытия месторождения, системы разработки и ее параметров. Существенные перемены в технологию разработки и вскрытие месторождений вносит создание оборудования с новыми возможностями. Такого, как самоходные и передвижные дробильно-сортиро-вочные комплексы или оборудование для послойной выемки разнотипных и разносортных скальных и нескальных пород (горные комбайны фрезерного типа, мощные бульдозеры и рыхлительно-бульдозерные агрегаты).

На отечественных карьерах НСМ применяются традиционные для всех подотраслей горной промышленности виды бурового, выемочно-погрузочного и транспортного оборудования. Основные отличия парка горного оборудования отечественных карьеров НСМ от развитых стран заключаются в почти полном отсутствии на карьерах станков для бурения взрывных скважин малого и среднего диаметров с дизельными гидроприводами и лишь единичные примеры использования для выполнения основных технологических процессов погрузчиков, экскаваторов с гидроприводом, бульдозеров и колесных скреперов. Примерно 90% вскрышных пород и полезных ископаемых перевозится автосамосвалами, в то время как даже в развивающихся странах конвейерный транспорт широко используется для перемещения как нескальных, так и скальных полезных ископаемых (после дробления в стационарных или самоходных дробильных агрегатах).

В связи с тем, что, как правило, характеристики полезного ископаемого в пределах контура запасов изменяются в широких пределах по площади и мощности залежи, для большинства карьеров актуальна проблема поставки на дро-бильно-сортировочные заводы (ДСЗ) сырья с заданными характеристиками. Например, при изменении грансостава пе-счано-гравийных пород, т.е. соотношения между песком и гравийно-валунной составляющий, производительность перерабатывающего комплекса снижается на десятки процентов. Наличие в полезном ископаемом загрязняющих примесей, особенно древней пластичной глины в виде комков или примазок к валунам и кускам взорванных пород, резко ухудшает качество продукции. Надежных устройств для выделения пластичной глины до сих пор в мире не создано. Поэтому при эксплуатации месторождений стремятся нарезать уступы в соответствии с качественными характеристиками

полезного ископаемого. Вследствие чего, вместо максимальной высоты уступа 15 м при разработке экскаватором ЭКГ5 карбонатных пород, часто она находится в пределах 10 м, что приводит к выполаживанию угла откоса рабочего борта карьера и, как следствие, к изъятию горными работами большей территории.

Если полезная толща месторождения содержит породы, прочность которых существенно различается, предусматривают одновременную разработку нескольких горизонтов, осуществляя усреднение горной массы в приемном бункере ДСЗ. Один из надежных способов усреднения горной массы на складах - в отечественных карьерах, за редким исключением, не применяется. На зарубежных карьерах схема с усреднительным складом, расположенным между отделениями первичного и вторичного дробления, распространена как типовая. Емкость таких складов достигает 100 тыс. т и более. Кроме функций усреднения полезного ископаемого, склад еще играет роль буферного, обеспечивающего ритмичность и независимость работы карьера и ДСЗ.

Наличие прослоев некондиционных или разносортных пород, карстов и т.п. геологических нарушений требует обеспечения сохранности природной структуры массива для их последующей селективной разработки. Современные технологии взрывной подготовки скальных пород к выемке обеспечивают это применением различных способов взрывания. Благодаря чему создаются условия для управления качеством поставляемой горной массы. Однако мероприятия, охватывающие все процессы производства, предусмотренные системой менеджмента качества по стандарту ISO 9000, пока внедряются редко и осуществляются фрагментарно.

Технология переработки НСМ

Переработка горной массы на ДСЗ обычно строится на основе трехстадийного дробления. Поскольку характеристики полезных ископаемых весьма разнообразны, технологии переработки крупных предприятий проектируются индивидуально для каждого из них. В настоящее время неудовлетворенный спрос на щебень 1 группы заставил часть действующих предприятий ввести дополнительную стадию дробления. Новые технологические линии строят с применением дробилок, которые сконструированы специально для выпуска щебня с минимальным содержанием зерен пластинчатой и игловатой формы. Эти схемы не требуют применения грануляторов.

Большинство ДСЗ построено десятки лет назад и отражают уровень знания о процессах переработки еще более раннего периода. На них велико количество ленточных конвейеров (приблизительно по 20 и 40 на ДСЗ, соответственно, средней и большой производительности). Это привело к тому, что процесс транспортировки оказался более энергоемким и дорогим, чем процессы дробления и грохочения вместе взятые. На основании таких данных И.Б. Шлаин и А.М. Петров в 1960х гг. сформулировали принцип создания ДСЗ для производства НСМ: «не транспортировать ничего лишнего».

Благодаря развитию горного машиностроения создаются условия для обеспечения горных

предприятий оборудованием все большей единичной мощности. Это позволяет формировать новые технологические линии, на основе использования однолинейных схем, в которых каждый процесс, кроме доставки горной массы, выполняется одной единицей оборудования. Такое возможно, если изменчивость качества полезного ископаемого не вынуждает одновременно эксплуатировать несколько забоев.

Ряд фирм организовал производство широкого типораз-мерного ряда самоходных и передвижных дробильно-сор-тировочных комплексов, охватывающего большой диапазон производительностей. Благодаря применению таких комплексов резко сократились сроки строительства предприятия. Их применение внесло коренные изменения в технологию и организацию горных работ, а также в переработку минерального сырья. В передвижных и самоходных комплексах обычно применяются технологии, базирующиеся на двухстадийном дроблении. Следует отметить на этом фоне, что, к сожалению, отечественные машиностроительные предприятия не наладили выпуск надежных комплексов подобных типов. Поэтому на карьерах началось массовое внедрение зарубежной техники.

Применение самоходных и передвижных комплексов создает возможности для снижения численности рабочих и существенного роста производительности труда (по последнему показателю отечественная промышленность НСМ отстает от развитых стран в 10 раз). Снижение численности персонала позволит изменить структуру эксплуатационных затрат, в которой доля заработной платы в среднем по подотрасли составляет 1/3.

Объемы строительства, в том числе на рассредоточенных и линейно-протяженных объектах, в нашей стране постоянно растут, что соответствует мировым тенденциям. Другая тенденция, которая сохранится в перспективе, состоит в сосуществовании крупных и маломощных горных предприятий. Чтобы обеспечить выпуск конкурентоспособной продукции отечественными предприятиями НСМ малой производительности, необходимо безотлагательно организовать выпуск надежного выемочно-погрузочного и перерабатывающего оборудования соответствующих типоразмеров.

Приходится с сожалением констатировать, что собственники и руководство большинства отечественных предприятий машиностроения для горной промышленности не стремятся налаживать серийное производство новых видов оборудования. И эта ниша рынка обречена на заполнение импортными машинами, отличающимися высоким техническим уровнем и более высокими ценами.

Потребители НСМ нередко предъявляют претензии к качеству продукции, хотя цены на щебень, производимый из прочных изверженных пород, приближается к мировым. Улучшить качество продукции и расширить ее номенклатуру большинство предприятий сможет только после реконструкции производства, что требует значительных инвестиций. Для многих предприятий реконструкция или создание новой технологической линии сопряжены с получением заемных средств. Практика обеспечения кредита основными фондами горных предприятий проблематична и для боль-

шинства из них малоперспективна: банки неохотно предоставляют кредиты горным предприятиям подотрасли, поскольку большая часть их основных фондов сосредоточена в горных выработках и сооружениях (ДСЗ, дамбы и т.п.), практически неликвидных. Создавшееся положение тормозит техническое переоснащение предприятий.

Анализ происходящих перемен, отражающих, в частности, и процессы глобализации экономики, позволил выявить следующие тенденции развития промышленности НСМ [4]:

-    непрерывный рост в развитых и развивающихся государствах объемов производства НСМ и расширение их номенклатуры в связи с совершенствованием строительных технологий;

-    создание широкого спектра типов оборудования, предназначенного для выпуска НСМ и учитывающих специфику подотрасли;

-    объединение предприятий в национальные и мировые компании и холдинги, которые включают, наряду с крупными предприятиями, и предприятия небольшой производственной мощности, выпускающие конкурентоспособную продукцию;

-    вовлечение в эксплуатацию месторождений маломасштабных и с более сложными геологическими условиями.

ЛИТЕРАТУРА:

1.    Харо О.Е. Левкова Н.С. и др. Номенклатура нерудных строительных материалов и перспективы ее расширения. Строительные материалы, №12/2005, с. 81.

2.    Лопатников М.И. Сырьевая база производства нерудных строительных материалов Российской Федерации. Строительные материалы, №8/2006, с. 42-43.

3.    Повторное использование дробленого бетона. Бетон и железобетон, №4/2004, с. 24

4.    Буткевич Г.Р. Состояние и направления развития горной отрасли промышленности строительных материалов, Строительные материалы, №8/2006, с. 6.

Журнал "Горная Промышленность" №6 2006