Применение комплекса горного оборудования Wirtgen Group в сложных горнотехнических условиях Пикалёвского карьера

М. Пихлер, Президент фирмы Wirtgen International GmbH (Германия);

Ю.Б. Панкевич, к.т.н., Эксперт фирмы Wirtgen International GmbH по технологии Wirtgen Surface Mining;

В.А. Гуськов, Руководитель департамента горных работ ЗАО «ЕВРОЦЕМЕНТ груп»;

А.В. Земцов, Генеральный директор ЗАО «Пикалевский цемент»;

С.В. Морозов, Технический директор ЗАО «Пикалевский цемент»

Карьер известняка ЗАО «Пикалевский цемент», входящий в холдинг ЗАО «ЕВРОЦЕМЕНТ груп», введен в эксплуатацию в июле 2009 года по технологии безвзрывной разработки полезного ископаемого с использованием в качестве основного горнодобывающего оборудования комбайна Wirtgen Surface Miner модели 2500 SM. Запасы месторождения подсчитаны по восьми эксплуатационным блокам (рис. 1), первый из которых к настоящему времени отработан, во втором – комбайном ведутся добычные работы, в четвёртом – вскрышные.

Полезная толща месторождения имеет переменную мощность от 3 до 10 м и представлена тремя перемежающимися в разрезе тонкими слоями (20–30 см) разнопрочного известняка, представленного:

- плотным органогенно-обломочным светло-серого цвета с желтоватым оттенком, частично пористым и кавернозным;

- кристаллическим, в виде плиты: крепким, массивным, серого цвета, с редкими порами и мелкими кавернами;

- «землистым», светловато-серой и желтовато-серой окраски, средней крепости.

В первый год эксплуатация карьера по безвзрывной тонкослоевой технологии с применением комбайна Wirtgen 2500 SM осложнялась целым рядом факторов.

Рис. 1 Схематический план расположения эксплуатационных блоков Пикалёвского месторождения

Форма месторождения в плане представляет узкую П-образную полосу (см. рис. 1) с запасами в эксплуатационных блоках от 300–500 до 600–1100 тыс. т. Место для расположения внешних отвалов весьма ограничено, в связи с чем организация работ предусматривает последовательное перемещение вскрышных пород в выработанное пространство, создающееся после отработки каждого предыдущего блока.

Полезная толща месторождения, как по глубине, так и по площади расположения характеризуется весьма неравномерным химическим составом, что предопределяет необходимость усреднения сырья (в дальнейшем – совместная отработка запасов Блоков №1 и №6). Кроме того, в кровле полезной толщи выявлен слой некондиционных известняков мощностью 1.5–2.0 м, представленных крупно- и среднеблочными разностями, трещины в которых заполнены глинистым и песчаным материалом (25–30%).

Ограниченность рабочего пространства, полное отсутствие площадей для размещения некондиционных известняков, а также дополнительные объемы вывозки затрудняли ритмичную отработку известняка, сложенного в штабели, и зачастую приводило к остановке работы комбайна и его длительным простоям по причине неподготовленности фронта работ.

Близость грунтовых вод и повышенная обводнённость (особенно в весенний период) приводили к значительным простоям комбайна из-за затопления рабочей зоны. В связи с тем, что карьер и цементный завод разделяет шоссе федерального значения, по участку которого производится транспортировка добытого комбайном известняка на цементный завод, в качестве подвижного состава может быть использован автотранспорт грузоподъёмностью не выше 20 т.

Так как автосамосвалы такой грузоподъемности не подходили для обеспечения высокопроизводительной работы комбайна, было принято решение использовать схему с укладкой известняка в штабели, с последующей его отгрузкой гидравлическим экскаватором или колесным погрузчиком. На момент приобретения холдингом «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» Пикалёвского цементного завода в сырьевом цехе отсутствовал дробильный передел, в связи с чем, мельничное отделение имело ограничения по содержанию входного куска крупностью более 50 мм. Для ликвидации этого ограничения проводится модернизация сырьевого цеха со сроком завершения – к концу 2010 года.

Вышеперечисленные особенности горнотехнических условий карьера предопределили следующую организацию горных работ.

С целью интенсификации работ по вскрытию кровли кондиционных известняков было принято решение о начале работ в северо-западной части Блока 1, примыкающей к конечному контуру и имеющей всесторонние транспортные выходы. Первые четыре прохода комбайна (длиною около 230 м) начинались примерно от середины Блока №1 вдоль границы с Блоком №2. Далее следовал поворот по радиусу вдоль конечного контура до проектного съезда, затем комбайн совершал холостой пробег к началу очередного прохода-полосы. Таким образом, были пройдены врубовые выработки шириной в четыре комбайновых прохода (около 10 м), которые позволили организовать безостановочную работу комбайна с отсыпкой известняка на борт карьера (фото 1).

Фото 1 Проход комбайна Wirtgen 2500 SM вдоль границы с Блоком №2 и переходом во врубовые выработки

Фото 1 Проход комбайна Wirtgen 2500 SM вдоль границы с Блоком №2 и переходом во врубовые выработки

С целью сокращения времени на манёвры, необходимые для входа на очередную полосу, была принята технологическая схема «передвигающаяся петля» (рис. 2), в соответствии с которой после завершения рабочего прохода комбайн совершает поворот на одинаковом радиусе (около 27 м) во врубовой выработке, с заездом на новый забой-заходку и фрезерованием в обратном направлении до разворота в противоположных врубовых выработках. Начиная от выполненного четвертого прохода вдоль борта карьера, площадка условно была разделена на две панели, каждая из которых имела ширину, равную ширине 11 проходов (примерно 27.5 м). В каждой панели по её центру выполнялся пионерный проход с укладкой отфрезерованного материала в штабель, формируемый позади комбайна по ходу его движения, с дальнейшим выходом через врубовую выработку на смежную полосу, с укладкой добываемого известняка в уже отсыпанный после пионерного (центрального) прохода штабель. Таким образом, в каждой панели формировался штабель известняка, отсыпаемый из пяти смежных полос с каждой стороны.

Положение горных работ на момент проходки 4­й (центральной) полосы с отсыпкой добываемого известняка в штабель позади комбайна и последующий заезд комбайна на 5­ю полосу с соответствующей отсыпкой пионерного штабеля во второй панели показано на рис. 2а. На рис. 2б и 2в отражено положение на момент разработки 14­й полосы и, соответственно, положение проходов на момент окончания отсыпки двух штабелей при полной отработке всего слоя известняка в двух панелях. После отсыпки второго и третьего штабелей и завершения отгрузки накопленного в них известняка колесным погрузчиком и гидравлическим экскаватором в автосамосвалы, комбайн приступал к отработке очередного нижележащего слоя.

Учитывая поставленную задачу по минимизации выхода известняка крупностью >50 мм, было изучено влияние различных эксплуатационных параметров работы комбайна при разработке верхней пачки полезной толщи.

Для определения доли различных фракций добытого комбайном известняка при работе в различных условиях были выполнены соответствующие рассевы. С этой целью комбайн укладывал известняк в отдельные штабели.

Рис. 2 Схема и порядок отработки панели (цифрами указана очерёдность проходки полос при формировании по два штабеля в каждой панели)Рис. 2 Схема и порядок отработки панели (цифрами указана очерёдность проходки полос при формировании по два штабеля в каждой панели) Рис. 2 Схема и порядок отработки панели (цифрами указана очерёдность проходки полос при формировании по два штабеля в каждой панели)

Рис. 2 Схема и порядок отработки панели (цифрами указана очерёдность проходки полос при формировании по два штабеля в каждой панели)

Комбайн эксплуатировался в различных технологических режимах: глубина фрезерования составляла 40–50 см; рабочая скорость изменялась в пределах 3–4, 6–7 и 8–9 м/мин. Известняк из штабелей рассевался на грохоте с ячейками 100½100 мм и 50½50 мм с получением трех фракций (>100 мм; –100...+50 мм; <50 мм). Каждая фракция взвешивалась, а полученные данные заносились в соответствующую таблицу (табл. 1).

Табл. 1 Выход различных фракций известняка при толщине фрезеруемого слоя 40–50 см и различных рабочих скоростях движения

При работе комбайна на скоростях 6–7 и 8–9 м/мин фракция –100...+50 мм не выделялась, а максимальные размеры отдельных кусков составляли 250–300 мм.

Выполненные исследования показали, что при разработке полезной толщи, представленной органогенным крупнообломочным известняком, сгруженным в глинистом и песчаном материале, выход класса –50 мм может составлять 60–77%. Оптимизация эксплуатационных параметров работы комбайна позволяет на 10–15% повысить выход фракций –50 мм. В то же время, в лучшем случае, при движении комбайна с рабочей скоростью 3–4 м/мин выход класса –50 мм может составлять 77%.

Таким образом, без применения предварительной сортировки по фракциям и дополнительного дробления невозможно рассчитывать на надёжную подачу сырья требуемой фракции (–50 мм) в мельничное отделение.

Дл я д о с т иже н и я этой цели специалисты Wirtgen Group предложили использовать дробильно-сортиров о ч ный к о м п л е к с (ДСК) фирмы Kleemann на основе роторной дробильной установки на гусеничном ходу MOBIREX MR 100 ZS производительностью на выходе до 250 т/час. Комплекс оснащен двумя вибрационными питателями, грохотом и приводится дизельным двигателем мощностью 268 кВт.

При запуске ДСК, в связи с неоднородностью известняков и постоянным присутствием в них глинистой составляющей (до 25%), возникла проблема проходимости материала через сита грохочения I и II стадии. Для достижения требуемого уровня проходимости материала и, соответственно, увеличения производительности дробильного комплекса в конструкцию решеток виброгрохотов были внесены соответствующие изменения.

Фото 2 Штабель известняка, добытого комбайном при температуре —30°C и готового к отправке на цементный завод без дополнительного дробления

После переработки сформированных комбайном штабелей известняка в Блоке №1 на дробильном комплексе, с отсевом мелкой фракции, был определён объём глинистых составляющих в известняке – до 30%, а колебания содержания SiO2 от 9.0 до 18.0%, что не соответствует требованиям к сырью при расчете сырьевого шлама. Другим отрицательным моментом стала низкая производительность дробильного комплекса из-за интенсивного наличия глинистой составляющей. Забивались рабочие части дробилки, что снижало подачу сырья на дробление, приходилось часто останавливать её для очистки от налипшей глины.

Учитывая эти сложности, для получения известняка требуемого химического состава (до 5% SiO2) и повышения производительности дробильного комплекса, было принято решение о доставке известняка из эксплуатационного Блока №6 (до 3.5% SiO2) и его дроблении совместно с известняком штабеля в Блоке №1.

В период доработки штабелей Блока №1 дробильный комплекс MOBIREX MR 100 ZS был перемещен в Блок №6, а весь дробленый известняк поставлялся на завод и временный склад хранения дробленого известняка, (используемого для «подшихтовки» сырьевого шлама). Производительность дробильного комплекса достигала 150 т/час.

По мере понижения горных работ в Блоке №1 и выхода комбайна на слои более качественного известняка (гор. 138 м) дробильный комплекс был перемещен обратно, где была начата сплошная переработка штабелей известняка и подача его в цементное производство.

Табл. 2 Объемы добычи и переработки известняка по типу оборудования Wirtgen Grоup в комплексе и показатели по месяцам на ЗАО «Пикалевский цемент» (в период июль 2009 г. - июнь 2010 г.)

Ценным стал опыт работы комбайна при отрицательных температурах в осенне-зимний период – с конца ноября 2009 года по начало марта 2010 года (фото 2). Зимой пласт известняка с включениями глины и песка промораживался и легко фрезеровался без выламывания крупных кусков. Поэтому в зимний период известняк, отгружаемый из штабеля, отправлялся на завод без додрабливания в ДСК. Весной забои карьера были затоплены паводковыми водами, в связи с чем, в апреле и мае комбайн практически не работал. В этот период возрастали объёмы подачи сырья из карьера. Запасы эксплуатационного Блока №1 были полностью отработаны и начата эксплуатация Блока №2.

Верхние слои известняка в Блоке №2 также содержали значительное количество глины и песка, поэтому при их разработке также проявились проблемы дробления на ДСК MOBIREX MR 100 ZS, производительность которого резко снизилась (до 70–100 т/моточас). После соответствующих переговоров на предприятие был доставлен в аренду более мощный мобильный ДСК MOBIREX MR 122 Z с роторной дробилкой и двухдечным грохотом (фото 3).

Фото 3 Мобильная роторная дробильная установка Kleemann MOBIREX MR 122 Z и гидравлический экскаватор CASE CX 700

Фото 3 Мобильная роторная дробильная установка Kleemann MOBIREX MR 122 Z и гидравлический экскаватор CASE CX 700

Комплекс был введен в эксплуатацию на Блоке №6 в конце апреля 2010 года. Режим работы ДСК-двухсменный по 12 часов в смену.

Следует отметить, что размеры рабочего пространства эксплуатационного Блока №6 были тоже очень ограничены. Поверхность рабочей площадки имеет сложный микрорельеф, мощность полезной толщи составляет 3–4 м. Все это привело к тому, что в мае простои, связанные с отсутствием фронта работ, планировкой площадки и переездами в новые забои составили около 15% фонда рабочего времени. В отдельные сутки производительность ДСК изменялась от 220 до 265 т/час. Стабильная работа дробилки осложнялась порой повышенной влажностью известняка, а также при поступлении из забоя большого количества мелкой фракции известняка с примесями песка и глины.

Несмотря на все сложности, в мае было добыто, переработано в ДСК и отправлено на цементный завод свыше 93 тыс. т дроблёного известняка, а в июне 2010 г. – 98 тыс. т. Таким образом, задача стабильного обеспечения цементного завода ЗАО «Пикалевский цемент» известняком необходимого фракционного состава и качества в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях была решена с помощью комплекса горных машин, поставленных холдингом Wirtgen Group.

Журнал "Горная Промышленность" №3 (91) 2010, стр.32