О новой технологии разработки вскрышной толщи Павловского гранитного карьера

Ю.М.Энкин, ОАО «Гипронеруд», А.Н.Домбровский, И.А.Сидоренко, ИПКОН РАН

ОАО «Павловскгранит» (Воронежская обл.) является самым крупным из действующих предприятий России по производству нерудных строительных материалов. Его мощность составляет около 8 млн.м3 щебня в год. Сырьевой базой предприятия является Шкурлатовское месторождение гранитов, запасы которого составляют 540 млн.м3 (на 01.01.2006 г.).

Месторождение эксплуатируется с 1976 года по проекту института «Союз-гипронеруд» (в настоящее время ОАО «Гипронеруд»). В 2005 г. ОАО «Гипронеруд» разработал проект поддержания мощности карьера до 2025г. В соответствии с проектом, развитие карьера в этот период будет осуществляться за счет углубки горных работ и расширения границ карьера путем вовлечения в отработку нового участка №2 в пределах существующего горного отвода.

Шкурлатовское месторождение гранитов характеризуется горнотехническими условиями, благоприятными для отработки его открытым способом. Поверхность месторождения имеет спокойный рельеф с пологим понижением в сторону р. Таврило; абсолютные отметки поверхности колеблются от 106.9 м на юго-западе до 86.0 м на северо-востоке. Месторождение представлено массивом гранита, кровля которого находится на отметках от 32.9 м до 69.9 м. Массив гранитов плавно понижается на юго-восток и юго-запад.

Вскрышные породы представлены четвертичными отложениями (пески, глинистые породы), мелом и аргиллитами. Мощность вскрышных пород изменяется: четвертичных отложений - от 4.8 до 20 м, мела - от 6.1 до 20.0 м; аргиллита от 4 до 28.1 м. Средняя мощность объединенного уступа (Нф) по четвертичным и меловым отложениям изменяется от 20.0 до 36.6 м. При этом Нф<30 м составляет 68%, Н>30 м - 32% в целом по месторождению. Рыхлые вскрышные породы Шкурлатовского месторождения относятся к I, II группам пород по СНиП-1У-5-82 и по ЕНВ-1989 г.

В настоящее время вскрышные породы отрабатываются тремя уступами. Рыхлая вскрыша разделена на два уступа - один по четвертичным отложениям, второй - по мелу. Скальная вскрыша (аргиллиты и выветренные граниты) отрабатывается одним уступом. Высота вскрышных уступов равна мощности слоя залегающих в массиве разновидностей отрабатываемых пород. Выемка рыхлой вскрыши производится драглайнами ЭШ-6.45, скальной вскрыши - экскаватором ЭКГ-4У. Транспортирование вскрышных пород осуществляется в железнодорожных думпкарах грузоподъемностью 105 т.

Мягкая вскрыша отрабатывается драглайном с нижним черпанием, установленном на кровле четвертичных пород и на кровле меловых отложений. В связи с низкой несущей способностью меловых отложений драглайн устанавливается на «подушке» (толщиной не менее 2 м) из четвертичных отложений, оставляемых при отработке верхнего вскрышного уступа. Для обеспечения устойчивости отвалов вскрышные породы перемешиваются непосредственно при их складировании.

Полезная толща отрабатывается 6 добычными уступами с отметками рабочих горизонтов 50 м, 35 м, 20 м, 8 м, -4 м и -19 м. Высота добычного уступа на горизонте 50 м изменяется в зависимости от рельефа кровли полезной толщи от 13 до 18 м. Выемка гранитов полезной толщи производится одноковшовыми экскаваторами ЭКГ-4У, ЭКГ8И, ЭКГ8УС, ЭКГ10. Транспортировка гранитов на ДСЗ осуществляется железнодорожным транспортом -составами с тяговыми агрегатами ОПЭ1 и думпкарами 2ВС-105. Подготовка полезной толщи к выемке осуществляется с БВР со взрыванием скважинных зарядов.

Основным фактором, сдерживающим увеличение мощности карьера, стал значительный рост объемов вскрышных работ при сложных условиях отработки четвертичных пород и меловых отложений и дальнейшего их совместного складирования во внешнем отвале.

Максимальный объем удаления рыхлой вскрыши (четвертичные и меловые отложения) по существующей технологической схеме с использованием драглайнов ЭШ6.45 не превышает 2-2.5 млн.м3 в год, что обеспечивает объем добычи гранитов 3-3.5 млн.м3 (в плотном теле).

Другим сдерживающим фактором развития мощности карьера по добыче является производительность вскрышного драглайна по четвертичным породам, которая составляет всего лишь 1.2 млн. м3 в год. Следовательно, по своим техническим возможностям драглайн не может обеспечить подви-гания вскрышных уступов, необходимого для достижения заданной производительности карьера по добыче на уровне 4-4.5 млн.м3.

Перспективным направлением повышения эффективности добычи полезного ископаемого в карьере является модернизация схемы ведения вскрышных работ за счет увеличения высоты вскрышного уступа при сокращении количества транспортных горизонтов и применения более мощного оборудования на удалении вскрышных пород.

Учитывая низкую несущую способность мелов, отработка рыхлых пород одним (объединенным) уступом (по четвертичным и меловым отложениям) решит проблему перемешивания пород непосредственно в ковше экскаватора и обеспечит в большей мере условия безопасного ведения отвальных работ по сравнению с действующей технологией.

Для увеличения высоты отрабатываемого вскрышного уступа на карьере при транспортной системе разработки институтом ИПКОН РАН выполнены исследования по созданию нового вида выемочно-погрузочного оборудования - кранлайна-драглайна погрузочного типа. Кранлайн с технологической точки зрения представляет собой экскаватор, сочетающий достоинства мехлопат (мягкая безударная и точная выгрузка горной массы из ковша в кузов транспортного сосуда) и драглайна (отработка высоких уступов нижним черпанием, сравнительно малое удельное давление на грунт при работе и передвижениях).

Конструктивно новая машина отличается от драглайна наличием третьей лебедки, устанавливаемой на поворотной платформе, и блока, закрепляемого в средней части стрелы с целью фиксации ковша перед его разгрузкой. Тип применяемого на кранлайне ковша -специальной конструкции, коробчатой формы с открывающейся задней стенкой (защищена патентами РФ).

В связи с этим проектная мощность карьера в «Проекте поддержания мощности ОАО «Павловскгранит» откорректирована и определена исходя из технически возможного годового объема вынимаемых четвертичных пород 1200 тыс. м3, мела - 900 тыс. м3.

Институт ИПКОН РАН по заданию ОАО «Гипронеруд», рассмотрев условия отработки вскрышных пород на карьере ОАО «Павловскгранит», рекомендовал для выполнения выемочно-погрузочных работ по четвертичным и меловым отложениям модель кранлайна ДШП-13(14).65.

В соответствии с этой рекомендацией отработка вскрыши должна вестись одним кранлайном, установленном на объединенном уступе максимальной высоты 36.6 м, отрабатываемом двумя подуступами: нижним - высотой 30 м; верхним - высотой 6.6 м. Нижний подуступ разрабатывается при нижнем черпании кранлайна, верхний подуступ - при верхнем его черпании. При этом ж. д. пути располагаются на поверхности рельефа.

Параметры кранлайна, определенные для этих условий, следующие: вместимость ковша 13-14 м3; длина стрелы 65 м; радиус черпания и разгрузки 62.3 м и 27-34 м, соответственно; максимальная высота разгрузки 13-14 м; общая масса машины 800-900 т.

Вместимость ковша определена из условия выполнения заданного годового объема выемки и погрузки мягкой вскрыши (двумя ЭШ6.45), равного 2.1 млн. м3 в год. Вместе с тем, вместимость ковша кранлайна должна соответствовать погонной емкости думпкаров грузоподъемностью 105 т и выше, т.е. объемом 50 м3 и более.

Длина стрелы определена с учетом максимальной высоты отрабатываемого уступа (36.6 м) и угла его откоса по фронту (33°), и при частичной работе экскаватора верхним черпанием. Работа кранлайна верхним черпанием, хотя и снижает его производительность (как и драглайна), все же позволяет уменьшить длину стрелы (с 78 м до 65 м) и массу (с 1000 до 800 т). Учитывая, что высота уступа 36.6 м носит эпизодический характер и 68% вскрыши залегает в уступах высотой до 30 м, данное решение можно считать обоснованным и оправданным. При отработке вскрышного уступа по мере снижения его высоты от 36.6 до 30 м высота нижнего подуступа остается постоянной (30 м), а верхнего - уменьшается от 6.6 м до 0 м.

Радиус и высота разгрузки определяются положением оси ж. д. пути с учетом максимальной высоты верхнего черпания кранлайна и необходимой ширины берм безопасности.

Технологическая схема производства вскрышных работ кранлайном приведена на рис. 1.


Применение новой технологии обеспечит следующие технические и экономические преимущества по сравнению с традиционной, основанной на использовании ЭШ-6.45:

- сокращение вдвое количества транспортных горизонтов, что приведет к соразмерному уменьшению длины внутрикарьерных ж. д. путей, а также объема работ по строительству и поддержанию в эксплуатации ж. д. путей и вспомогательных автодорог;

- снижение расходов на строительство и содержание внутрикарьерных энергосетей в связи с сокращением количества переключательных пунктов и кабелей, повышением срока их службы и общим уменьшением расхода электроэнергии на горные работы;

- существенно большая производительность кранлайнов за счет оснащения ковшом увеличенной емкости при одновременно меньшей удельной доли времени на передвижки машины в забое;

- уменьшение размера территории, отторгаемой для ведения горными работами, за счет исключения второй рабочей площадки;

- экономия фонда заработной платы за счет сокращения численности экскаваторных бригад и рабочих по обслуживанию ж. д. путей;

- исключение объема горно-подготовительных работ по формированию рабочей площадки на кровле мелового уступа.

В таблице приведены основные показатели по сравниваемым вариантам технологических схем на удалении рыхлых вскрышных пород.

Ожидаемый годовой экономический эффект от применения кранлайна ДШП-13(14).65 на разработке вскрышных пород, по сравнению с используемыми в настоящее время ЭШ-6.45, составит 21.2 млн. руб.

* * *

Новая технология ведения вскрышных работ изложена в технических предложениях по применению кран-лайна на Павловском гранитном карьере, переданных ОАО «Павловскгра-нит» в 2006 г. для рассмотрения на предмет практического внедрения.

Проектная проработка целесообразности применения кранлайна конкретного предприятия нерудной промышленности показала его преимущество перед традиционной технологией ведения вскрышных работ. Кроме экономической выгоды от внедрения новой схемы вскрышных работ в условиях Павловского карьера, дополнительно достигается эффект усреднения влажности пород, укладываемых в отвал, так как отработка четвертичных пород и мела одним объединенным уступом позволяет исключить эту трудоемкую операцию из процесса складирования пород во внешнем отвале.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2007