Применение мощных гидромолотов фирмы KRUPP на безвзрывной разработке месторождений полезных ископаемых решает вопросы экологии и качества продукции

Панкевич Ю.Б., канд. техн.наук

Одной из проблем, с которой все чаще сталкиваются горнодобывающие предприятия с открытым способом разработки, расположенные в освоенных промышленных районах и местах уникальной природы, является ограничение или запрет на ведение взрывных работ, что требует изыскания новых нетрадиционных способов разработки, а также новых технических средств.

Одним из механизмов, все шире применяющихся на горных работах при безвзрывной разработке массивов горных пород, являются мощные гидромолоты с энергией удара 8-15 тыс. джоулей, навешиваемые на гидравлические экскаваторы с рабочим оборудованием обратная лопата. Если до первой половины 80-х годов они широко применялись на строительных работах и дроблении негабарита на карьерах, то с созданием мощных гидромолотов, а также в связи с ужесточением требований по экологии, это оборудование начало успешно конкурировать с традиционным буровзрывным способом и применяться при непосредственной разработке массивов горных пород как на подземных, так и на открытых горных работах.

При решении вопросов освоения Савинского месторождения магнезита (Россия) исходили из особенностей этого района, расположенного в Прибайкалье, и требований по снижению до минимума отрицательного влияния горных работ на окружающую среду. В результате было принято решение о его строительстве и разработке по безвзрывной технологии.

Месторождение характеризуется следующими горнотехническими особенностями, определяющими технологию горных работ:

• нагорный характер рельефа месторождения позволяет вскрывать рабочие горизонты непосредственно с поверхности;

• сложный характер внутреннего строения залежи с углами падения контактов 50-85° и чередованием различных сортов магнезита, некондиционных руд и вмещающих пород требует селективной разработки месторождения;

• применение традиционной технологии разработки руд и вмещающих пород возможно только с буровзрывным рыхлением.
Выполненные исследования физико-механических свойств магнезита Савинского месторождения показали, что породы отличаются высокой вязкостью и имеют разнопрочностной характер. Так, разброс значений прочности на сжатие составлял от 58 до 190 МПа в кернах при средних значениях соответственно 141 МПа.

Исходя из этих условий в мае 1993 г. было начато строительство трассы автодороги, выполняемой в полутраншеях на косогоре с наклоном 10-30° по безвзрывной технологии с использованием гидромолота модели НМ-2500 CS фирмы KRUPP с энергией удара 8-10 тыс. джоулей. Указанный гидромолот смонтирован на экскаваторе ЭО-5221 массой 38.7 т, мощностью двигателя 125 кВт и производительностью гидронасосов 218 л/ч.

Разрабатываемые породы представляли собой сгруженные в четвертичных отложениях отдельные крупные куски магнезитовых пород, а также их скальные выходы. Разрушение скальных выходов осуществлялось достаточно успешно. При этом использовались следующие технологические схемы:

• с расположением экскаватора на кровле подступа и преимущественной работой гидромолота ниже горизонта стояния;

• с расположением экскаватора на подошве уступа и работой гидромолота выше горизонта установки экскаватора.

Значительные затруднения возникали при разрушении отдельных кусков, заключенных в четвертичные отложения. Следует отметить, что вследствие специфики строительных работ забои были разбросаны по трассе автодороги на расстояниях от 200 до 1000 м друг от друга при достаточно крутых подъемах. В этих условиях были значительны затраты времени на подготовку забоев, перемещение экскаватора из забоя в забой и другие подготовительные операции.

С целью получения данных по производительности была исследована работа гидромолота при отработке отдельного монолита, заключенного в четвертичные отложения, с ориентировочными размерами 2.8х3.5 м. Поверхность площадки, где располагался экскаватор, неровная и была представлена рыхлым материалом.

Хронометраж основных и вспомогательных операций, а также выполненные замеры кусков, отделяемых в процессе работ, показали, что до полного разрушения монолита на глубину 0.7-0.8 м было выполнено 7 циклов. Время на заглубление рабочего органа и отделение куска или кусков от монолита в среднем составляло 1.38 мин. Монолит был разрушен с двух положений экскаватора. В среднем на его переустановку затрачивалась 1 мин. 17 сек.Объем разрушенной горной массы составил около 8.2 м3 при общем фиксируемом времени - 13.5 мин. Производительность гидромолота определялась как отношение суммарного объема отделенных от массива и разрушенных до заданного размера кусков к суммарному затраченному времени и составила на указанном участке около 37.8 м3/ч. Совместно с гидромолотом использовался РБА фирмы KOMATSU, который перемещал разрушенный магнезит в штабели для последующей отгрузки.

На другом участке была исследована работа гидромолота при разрушении выхода скальных пород размерами по поверхности 8х3.5 м. Применялись описанные выше схемы работы.

Первоначально экскаватор был установлен на подступе, а гидромолот работал ниже уровня установки с перемещением кусков отделенной от массива горной массы от себя. Площадка имела ограниченные размеры, и частично экскаватор располагался на рыхлом материале. Неустойчивое его размещение приводило к нестабильной работе. В результате машинисту было рекомендовано изменить схему работы и переместиться вниз на подошву площадки. После этого работа стала более производительной. Время на внедрение наконечника и отделение кусков от массива изменялось от 38-40 до 70 сек. Полное разрушение монолита до проектной отметки осуществлено за 12 циклов. Общий объем разрушенной горной массы составил около 17.8 м3 при затраченном времени 11.17 мин. Расчетная часовая производительность в этот период составила 95.4 м3/ч.

Таким образом, на Савинском месторождении в течение двух месяцев без применения буровзрывных работ с помощью гидромолота НМ-2500 CS в комплекте с РБА была сооружена трасса автодороги с подъемом на высоту около 120 м над уровнем долины.

Интересным представляется опыт применения безвзрывной разработки на одном из карьеров в Италии. В связи с запретом на ведение взрывных работ на карьере Capaci фирмы GIUSEPPE SENSALE (Сицилия) с 1988 г. перешли на механическую отбойку с помощью гидромолотов фирмы KRUPP. Разрабатываемое месторождение представлено крепкими известняками, использующимися как заполнители в бетон, а также в дорожном строительстве. В эксплуатации находится 8 гидромолотов, четыре из которых используются как основное оборудование для подготовки горной массы к выемочно-погрузочным работам, четыре (малых типоразмеров) -на вспомогательных работах.

Среднесуточная мощность карьера составляет 1000 м3 (750 м3 в целике) и обеспечивается одновременной работой четырех гидромолотов. При этом каждый из типоразмеров имеет следующую производительность: НМ 2500 CS - 500 м3/смену; НМ 1300 CS (2 шт.) - по 250 м3/смену и НМ 950 CS - 150 м3/смену. Режим работ карьера - односменный, при пяти рабочих днях в неделю по 9 часов и один день - 6 часов. При 295 рабочих днях в году годовая производительность карьера составляет около 220 тыс.м3.

Переход на безвзрывной способ позволил расширить контур карьера с вовлечением в отработку дополнительных запасов известняка. Уменьшена высота уступа с 30-метрового при буровзрывных работах до 2.5 м. Это позволяет машинисту экскаватора обеспечивать производительную работу гидромолота при соблюдении правил техники безопасности.

Шведский карьер Astorp, применив сверхмощный гидромолот Krupp HM 4000V с энергией удара 15 тысяч джоулей для безвзрывной разработки скального массива, решил проблему отрицательного воздействия горного производства на окружающую среду (шум и сейсмическое воздействие), а также повышения качества продукции. Карьер, принадлежащий фирме SKANSKA MAKADAM AB, расположен на юге Швеции около г.Асторн. Предприятие производит фракционированный щебень для дорожного и железнодорожного строительства. Месторождение представлено трещиноватыми, весьма крепкими гранито-гней-сами, из которых получается качественная продукция. Годовая производительность карьера составляет 600-650 тыс.тонн, из которых половина реализуется для целей дорожного строительства и половина для балласта на железнодорожном полотне. Большая часть этого объема представляет щебень фракций 30-60 мм. До применения новой технологии все уступы разрабатывались с помощью буровзрывных работ, а продукцию получали после дробления в щековой и последующей конусной дробилках. Применяемая технология имела много недостатков, основными из которых были шумовой и сейсмические эффекты при взрывании, что отрицательно сказывалось на состоянии окружающих жилых зданий и его жителях.

Локальными правилами была установлена максимальная амплитуда при вибрации 2 мм, при нарушениях свыше 4 мм применялись значительные штрафные санкции, вплоть до остановки работ. На части карьера взрывание было запрещено. Большая часть скального массива, из-за высокой тре-щиноватости, была представлена средним размером куска 200 мм. На участках с крупноблочным материалом с размером около 1 м при взрывании сталкивались с другой серьезной проблемой - опасностью разлета отдельных кусков пород.

Шум, сейсмическое воздействие и опасность поражения при разлете кусков пород при взрыве являлись основными причинами, по которым возникала проблема закрытия карьера. Необходимость выполнения значительных объемов добычи не позволяла снизить величину зарядов, в связи с чем обратились к поиску новых безвзрывных технологий.

Выполненное исследование показало, что использование в забое мощных гидравлических молотов не только решает проблемы экологии, но также и другие вопросы горного производства (селективная выемка, повышение качества продукции и более высокий выход требуемых фракций). Кроме того, возможен отказ от первичной щековой дробилки, что также способствует получению высокого качества щебня после конусной дробилки. Испытания гидромолотов,  выполненные на карьере в начале 1994 г., подтвердили возможность безвзрывной разработки массива и повышения качества продукции, и только невысокая производительность не позволила перейти на новую безвзрывную технологию горных работ.

С применением на карьере нового сверхмощного гидромолота Krupp HM 4000V (самого мощного в типораз-мерном ряде из 12 моделей фирмы) массой 6.9 т и энергией удара 15 кДж все проблемы, стоящие перед руководством карьера, были решены.Гидромолот оснащен устройством шумоподавления VibroSilenced Plus, что позволяет снизить шум до 10 дб. Молот может монтироваться на гидравлических экскаваторах весом от 65 до 120 т. На карьере Astop он смонтирован на экскаваторе EX700H фирмы HITACHI, массой 70 т. В зависимости от степени трещиноватости пород в забое производительность гидромолота достигала 400 т/ч, но в среднем при нормальной работе на карьере составляла не менее 250-260 т/ч. Колесный погрузчик грузит отбитую горную массу на автосамосвалы грузоподъемностю 35 т, которые транспортируют ее на короткое расстояние к конусной дробилке.

Операции по новой технологии требуют особых навыков оператора, особенно это касается рациональной установки гидромолота, что позволяет обеспечить производительную работу и лучший фракционный состав, близкий к 30-60 мм, а также сократить объемы дробления.

Результаты работ оказались весьма удовлетворительными. Выход мелких фракций, которые относятся к потерям, был сокращен с 12% при использовании буровзрывных работ до 2% при новой технологии с гидромолотом. Одновременно выход товарных фракций 30-60 мм увеличился на 10-12%, с повышением прочностных характеристик продукции. Если ранее были простои, связанные с ведением буровзрывных работ, и отмечалась неритмичная подача сырья на дробильный цикл, то по новой технологии добычные работы ведутся постоянно. И хотя общее производство в тоннах несколько уменьшилось, но преимущества за счет более высокого качества продукции и снижения затрат производства были очевидны. По данным предприятия при традиционной технологии с применением буровзрывных работ затраты на тонну составляли $66 (включая затраты на бурение $12), тогда как при новой технологии затраты составляют $46. За счет повышения безопасности работ продолжительность смены увеличилась на 3 часа и составила 13 часов в сутки. Это позволит довести производительность карьера до 750 тыс.т в год.

Гидромолот Krupp HM 4000V обеспечивает добычу 500 тыс.т, а 100-150 тыс.т производится с помощью буровзрывных работ на участках с некрепкими породами. Хорошие результаты позволили предприятию закупить второй аналогичный гидромолот, который смонтирован на экскаваторе 20B фирмы AKERMAN. Эти высокопроизводительные мощные молоты рассчитаны на срок службы 4-5 лет. Стойкость долота при работе в высокоабразивных закварцованных породах составляет около 400 часов.

Журнал "Горная Промышленность" №2 1997