Испытания безвзрывной тонкослоевой технологии добычных работ на Сокольско-Ситовском карьере известняка


М. Пихлер, Президент фирмы Wirtgen International GmbH В.А.Гуськов, руководитель департамента горных работ «ЕВРОЦЕМЕНТ труп» О.А.Галигузов, Директор ООО «Липецкое карьероуправление» Ю.Б.Панкевич, к.т.н., эксперт фирмы Wirtgen International GmbH М.Ю.Панкевич, коммерческий представитель


Сокольско-Ситовское месторождение известняков и глин расположено в непосредственной близости от г. Липецк и является сырьевой базой ОАО «Липецкцемент».

Поверхность месторождения представляет собой полого-холмистую равнину с абсолютными отметками от 130 до 160 м, рассеченную овражно-балочной сетью при общем понижении в направлении русла реки Воронеж.


Климат района умеренно-континентальный. Среднегодовая температура воздуха +5.1°C. Продолжительность периода со среднесуточной температурой выше 0°C - 218 дней. Максимальные температуры: зимой -39°C, летом +39°C. Среднегодовое количество осадков - до 630 мм, промерзание почвы - до 1.5 м.

В геологическом строении месторождения принимают участие карбонатные породы Елецкого и Лебедянского горизонтов верхнего девона, железисто-глинистые породы различных горизонтов юрского возраста, песчано-глинистые отложения нижнего мела, а также неогеновые и четвертичные отложения, представленные песками, глинами и суглинками.

Елецкий горизонт представляет основной продуктивный комплекс известняков, пригодных для цементной и металлургической отраслей промышленности. Известняки светлого и светло-серого цвета, с желтоватым оттенком, средней крепости, трещиноватые, мелкозернистые, нередко пористые и кавернозные. Неровности кровли известняков объясняются карстовыми явлениями. Карстовые полости наполнены песчано-глинистыми материалами и обломками известняков.

В связи с карстовыми явлениями, снижающими качество известняков, полезная толща условно разделена на два горизонта: верхний - мощностью 5-18 м и нижний - 9-11 м. В карьере эти горизонты отрабатываются раздельными уступами гор. 117 м и гор. 105 м. Закарстованность верхнего горизонта - 12%, нижнего - 7%.

В пределах поля карьера общая мощность известняков изменяется от 14 до 28 метров (в среднем - 21 м).

Запасы известняков по состоянию на 1.01.2006 г. по категориям А+В+Oi составляют 117026 тыс. т.

Месторождение с 1963 г. эксплуатируется ОАО «Липецкцемент», с 2004 г. - ООО «Липецкое карьероуправле-ние». В работе находятся 6-7 уступов, которые разрабатываются экскаваторами ЭКГ-4,6Б и ЭКГ-5А. Транспортировка полезного ископаемого (известняк, глина) на завод и вскрышных пород на отвал осуществляется карьерными автосамосвалами БелАЗ-540 и БелАЗ-548.
Горные работы в карьере ведутся по транспортной системе разработки с применением на добычных уступах буровзрывного рыхления. Буровзрывные работы выполняются подрядной специализированной организацией. Добычные уступы делятся на подуступы, высотой равной высоте черпания экскаватора.


Вскрышные породы разрабатываются тремя уступами и вывозятся в одноярусный внутренний отвал, оборудованный бульдозерами ДЗ-110, Т-15.01 и Т-35.01. Высота отвала 14.5-16 м, в среднем - 15 м.

Решение о проведении опытно-промышленных работ по технологии безвзрывной комбайновой отработки известняков Сокольско-Ситовского месторождения было принято на встрече специалистов «Виртген-Интернационал-Сер-вис» и «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» с учетом положительного опыта эксплуатации комбайнов Wirtgen Surface Miner на Джегутинском месторождении известняка (ОАО «Кавказ-цемент»).

Основные цели работ: установление исходных данных для оценки целесообразности разработки месторождений комбайнами Wirtgen Surface Miner; уточнение в этих условиях эксплуатационных параметров и параметров технологических схем, влияющих на техническую и эксплуатационную производительность комбайна в условиях безвзрывной выемки различных типов известняка.

Для проведения опытных работ были выбраны два участка на добычных уступах карьера и намечены схемы ведения горных работ. Комбайн 2200 SM был доставлен 17 марта 2006 г. В течение первых двух дней был выполнен монтаж машины (кабины, разгрузочного конвейера и скрепляющей верхней конструкции безопасности), а также стыковка запиточных магистралей. Рабочий орган комбайна (фрезерный барабан) оснащен 76 поворотными резцами модели W47 K17. Затем комбайн был перемещен в забой.


Для первоочередного проведения опытно-промышленных работ был выбран участок, расположенный на отметке 117 м в северо-западной части карьера, ограниченный в южной части выработанным пространством и в северной части — нижней бровкой уступа 117—133 м. Площадка начиналась со стороны съезда с основной откаточной дороги, далее следовал поворот с радиусом около 30 метров с постепенным выходом на отметку площадки. На фото 1 видна структура верхнего уступа, сложенного мелко- и среднеблочными массивами известняка. На заднем плане, справа от комбайна, виден фрагмент массивной крупноблочной структуры, слагающей нижний уступ, кровлю которого разрабатывает комбайн. На фото 2 показана проходка второй добычной полосы вдоль окон-туривающей участок выработки. Впереди видна нижняя бровка верхнего добычного уступа.

Параметры участка: длина до поворота — 180 м и от поворота до выхода на рельеф — 160 м, ширина — от 10 до 60 м.

В течение 19 марта 2006 г. было начато выравнивание микрорельефа площадки с регистрацией всех эксплуатационных параметров комбайна. Учитывая особенности площадки, горные работы были начаты со стороны съезда с основной откаточной дороги карьера и далее проходилась оконтуриваю-щая выработка вдоль северо-западной границы участка с отсыпкой ограждающего вала конвейером. В дальнейшем этот вал будет служить ограждением транспортной бермы на горизонте 117 м вдоль выработанного пространства.


После проведения оконтуривающей выработки, комбайном были сделаны несколько проходов, выравнивающих рельеф. В комплексе с комбайном работало два автосамосвала БелАЗ-548 (42 т), которые выполнили 62 рейса. При этом среднее время погрузки одного самосвала составляло 4.9 мин.

Комбайн работал в основном по челночной схеме, предусматривающей по окончанию фрезерования полосы разворот комбайна и фрезерование в обратном направлении.
После оконтуривания северо-западной границы участка комбайн приступил к отработке прибортовой зоны, которая характеризовалась наличием по длине площадки криволинейного откоса с заколами и выступами, что значительно увеличивало трудоемкость работ. После отработки двух-трех слоев и нескольких рабочих проходов вдоль откоса уступа формировался целик (фото 3, рис. 1), отработка которого производилась рыхлительно-буль-дозерным агрегатом (РБА) на базе трактора Т.25.01 производства ОАО «Промтрактор». С учетом крупноблоч-ности массива отработка целика осуществлялась после выемки комбайном двух-трех слоев.

В период с 19 по 27 марта 2006 г. было проведено изучение эксплуатационных параметров работы комбайна, влияющих на его производительность, а также затраты времени на выполнение различных операций. В ходе хрономет-ражных наблюдений регистрировалось время работы комбайна при фрезеровании, затраты времени на маневры комбайна и на обмен автосамосвалов под погрузкой. Регистрировались также продолжительность простоев по различным причинам, а также затраты времени на текущее (ежесменное) обслуживание, включающее прогрев систем комбайна (30-40 мин), заправку дизельным топливом (около 10-20 мин), очистку гусениц и конвейера от налипших и смерзшихся пород, профилактический осмотр узлов комбайна, смазку, чистку конвейера и фрезерного барабана, проверку гидросистемы, снятие выносных нивелировочных устройств (компьютеров).


За период работы с 19 по 27 марта комбайн был заправлен дизтопливом в объеме 2900 л и наработал со дня первой заправки 43 моточасов. Удельный расход топлива за период работ на первой площадке составил 67.44 л/час.

Результаты хронометражных наблюдений и расчетов технологических и эксплуатационных параметров работы комбайна с различным фронтом работ представлены в табл. 1.

Эксплуатационные параметры рассчитаны исходя из следующего: Эксплуатационное время (Тэ = Тф + Тр + Тз) складывается из времени фрезерования с погрузкой (Тф), времени на разворот в конце рабочего хода (Тр) для работы в обратном направлении (или времени холостого хода), времени на обмен автосамосвалов под погрузкой (Тз). Эксплуатационная производительность - производительность (т/час) за эксплуатационное время. Техническая производительность - производительность (т/час) за время фрезерования и погрузки.

В процессе работ было установлено, что время погрузки самосвала грузоподъемностью 42-45 т составляло от 5.36 до 4.2 мин. Время на обмен машин под погрузкой по мере наработки навыков у водителей изменялось от 0.67 до 0.21 мин.

Зарегистрированные техническая и эксплуатационная производительности составили соответственно 470 и 318 т/час, что свидетельствует о том, что массив крупноблочных известняков средней прочности может успешно разрабатываться комбайнами Wirtgen Surface Miner. За период испытаний было добыто более 10.5 тыс. т известняка, при этом были заменены четыре резца. Удельный расход резцов составил 0.38 шт./1000 т добычи.

Для определения зависимости выхода различных фракций от эксплуатационных параметров работы комбайна были выполнены рассевы отобранных проб добытого известняка. На площадке гор. 117 м были выделены четыре участка длиной по 40-50 м, на которых комбайн вел разработку известняка, отсыпая его в непрерывный штабель. На первом и четвертом участках глубина фрезерования составляла 15 см, на втором и третьем -25 см. Рабочая скорость комбайна на первом и втором участках составила
7.5 м/мин, на третьем и четвертом -9-11 м/мин.


Отбор проб для их последующего рассева (фото 4) производился в середине каждого из участков штабеля, соответствующего устойчивому режиму работы комбайна. Пробы в этих местах отбирались по всему сечению штабеля с пересечением всех его слоев, от вершины до основания треугольника сечения.

Пробный материал пропускался через два сита, расположенных друг над другом, с ячейками, соответственно, 100x100 мм и 50x50 мм; каждая фракция взвешивалась, данные заносились в соответствующую таблицу (табл. 2).
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что в рассматриваемых горнотехнических условиях (крупноблочный массив известняков средней крепости) на выход фракции <50 мм в наибольшей мере влияет глубина фрезерования: с увеличением глубины фрезерования от 15 до 25 см наблюдается рост выхода фракции с 84-85% до 91.89%.

Одновременно в лаборатории предприятия были проведены рассевы проб фракции <50 мм, результаты которых сопоставлены с результатами, полученными в среднем за 2005 г. при работе по традиционной технологии горных работ (табл. 3).


Как видно из табл.3 выход пылевидных классов известняка, добытого комбайновым способом, значительно меньше,
чем при традиционной технологии - с БВР и дроблением. Учитывая это, можно прогнозировать снижение частоты забивания бункеров и течек мелкофракционным материалом.

Горные работы по безвзрывной технологии были продолжены на вышележащем уступе (площадка гор. 133 м), где полезная толща представлена мелко- и средне блочным известняком. Размеры площадки составляли 190x10...20 м. Микрорельеф характеризовался перепадом отметок до 0.4-0.6 м. Частично поверхность площадки была покрыта насыпным материалом. C 29 по 31 марта выполнялись работы по выравниванию поверхности площадки с удалением насыпного материала. В этот период комбайн работал в комплексе с одним автосамосвалом, что привело к значительным его простоям. Всего было удалено около 2000 м3. Осложняющее влияние на работу комбайна на этом уступе оказала повышенная обводненность участка.


По мере расширения площадки создавались условия для производительной работы комбайна. В конечном итоге было добыто и отправлено на переработку около 5 тыс. т известняка.

В последний день опытно-промышленных работ были выполнены аналогичные рассевы известняка, добытого комбайном из мелко- и среднеблочного массива (табл. 4).


Заключение

При разработке двух уступов, сложенных, мелко- и сред-неблочным массивами известняка прочностью 30-70 МПа, комбайн модели 2200 SM показал себя достаточно надежной и производительной машиной. Техническая и эксплуатационная производительности составили соответственно 330 и 258 т/час, что свидетельствует о том, что массив Сокольско-Ситовского месторождения может успешно разрабатываться комбайнами Wirtgen Surface Miner модели 2200 SM.

Выполненные рассевы проб известняка показали, что применение комбайна позволит полностью исключить из технологической цепи процессов буровзрывные работы и стадию дробления. При этом выход мелких (пылевидных) классов существенно уменьшается.

Журнал "Горная Промышленность" №2 2006