Программа технического переоснащения карьеров холдинга «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» в действии

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH;
В.А. Гуськов, руководитель департамента горных работ
ЗАО «ЕВРОЦЕМЕНТ груп»; А.В. Земцов, генеральный
директор ЗАО «Пикалевский цемент»; С.П. Уткин, начальник
горного производства ЗАО «Пикалевский цемент»;
Ю.Б. Панкевич, к.т.н., эксперт фирмы Wirtgen по безвзрывной
технологии

На карьерах цементных заводов холдинга «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» продолжает реализовываться программа модернизации горного производства за счет увеличения доли безвзрывной тонкослоевой технологии горных работ с использованием горных комбайнов фирмы Wirtgen.

Этому способствует накопленный положительный опыт работы горных комбайнов Wirtgen Surface Miner моделей 2200 SM и 2500 SM на Джегутинском карьере ЗАО «Кавказцемент», где с августа 2005 г. по 1 августа 2009 года по безвзрывной технологии было добыто около 10.5 млн. т известняка.

С середины 2008 г. по этой технологии добыто около 1 млн.т известняка на Сокольско-Ситовском карьере, являющемся сырьевой базой ЗАО «Липецкцемент».

Очередной известняковый карьер, на котором началось применение новой технологии, входит в структуру ЗАО «Пикалевский цемент». Здесь к концу июня 2009 г., после удаления рыхлой вскрыши, покрывающей залежь, начались работы по вводу в эксплуатацию комбайна Wirtgen 2500 SM. Пикалевское месторождение, в пределах которого расположен Карьер №2 – участок безвзрывной разработки, находится в Бокситогорском районе Ленинградской области. Площадь месторождения представляет собой П-образную форму, в середине которой оказалась свалка твердых бытовых отходов, поступающих из близлежащих населенных пунктов.

Запасы месторождения подсчитаны по восьми геологотехнологическим блокам, первый из которых, Блок 1, выделен как первоочередной участок карьера. Полезная толща месторождения имеет переменную мощность – от 3 до 10 м (средняя 6.25 м) и представлена тремя типами карбонатных пород:

- известняк плотный органогенно-обломочный, светло-серый с желтоватым оттенком, иногда пористый и кавернозный;

- известняк кристаллический, залегающий отдельной плитой, крепкий, массивный, серого цвета, с редкими порами и мелкими кавернами;

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

Фактором, осложняющим разработку известняков комбайнами, стала их окремненность, т.е. присутствие в массиве желваков кремния, образующих вытянутые вдоль напластования цепочки, расположенные 3–4 пропластками в средней части геологического разреза и обычно приуроченные к первому и третьему типу известняков. Доля кремния в общей массе известняков составляет в среднем 1.5% при размере желваков от 0.05 до 0.45 м (в среднем – 0.15 м).

Кроме того, в кровле полезной толщи имеется слой некондиционных крупно- и среднеблочных известняков мощностью 1.5–2.0 м, трещины которых заполнены глинистым и песчаным материалом.

Перед вводом комбайна в эксплуатацию специалисты предприятия – рабочие и ИТР – были ознакомлены с особенностями технологии горных работ комбайнами Wirtgen Surface Miner, с основными функциями агрегатов комбайна и приемами технического обслуживания машины. После чего прошли полный курс обучения по управлению комбайном при разработке месторождения горизонтальными тонкими слоями.

Фото 1 Рабочий проход комбайна Wirtgen 2500 SM вдоль границы с Блоком 2 и с последующим переходом во врубовые выработки

Фото 1.   Рабочий проход комбайна Wirtgen 2500 SM вдоль границы с Блоком 2
и с последующим переходом во врубовые выработки

С целью быстрейшего вскрытия кондиционных известняков было принято решение о начале работ с северной половины Блока 1, примыкающей к конечному контуру и имеющей всесторонние транспортные подходы.

Первые два прохода комбайна были выполнены 28 июня 2009 г. Отрабатываемая полоса длиной около 230 м начиналась примерно от середины Блока 1 вдоль границы с Блоком 2, с дальнейшим поворотом по радиусу и проходкой врубовых выработок вдоль конечного контура до проектного съезда. Далее комбайн совершал холостой пробег с заездом на очередную полосу. Таким образом, было выполнено четыре прохода, при которых комбайн вел безостановочную работу с отсыпкой фрезеруемых пород на борт карьера (фото 1). Пятую полосу комбайн прошел, отсыпая известняк конвейером сзади по ходу движения, что положило начало формированию штабеля известняка на площадке (фото 2). Все последующие полосы проходились с отсыпкой материала в этот штабель.

Фото 2 Проход комбайном пятой полосы

Фото 2. Проход комбайном пятой полосы

С целью сокращения времени на маневры, начиная от выполненного четвертого прохода вдоль борта карьера, площадка условно была разделена на две панели, каждая шириной, равной 11 проходам (примерно 27.5 метров). По центру каждой панели комбайном выполнялся проход с укладкой отфрезерованного материала сзади по ходу его движения, с последующим выходом во врубовую выработку (фото 3). Таким образом, в середине каждой панели формировался штабель, в котором накапливался известняк, добываемый из пяти соседних, с каждой стороны, полос.

На рис. 1 показан порядок отработки панелей и очередность проходки полос для формирования штабелей. При этом на рис. 1а представлено положение на момент проходки четвертой полосы и заезда комбайна на пятую полосу, на рис. 1б на момент разработки четырнадцатой полосы, на рис. 1в – положение на момент окончания отсыпки двух штабелей и полной отработки слоев в двух панелях.

Рис. 1 Порядок организации горных работ комбайна Wirtgen 2500 SM при формировании двух штабелей

Рис. 1 Порядок организации горных работ комбайна Wirtgen 2500 SM при формировании двух штабелей

Рис. 1 Порядок организации горных работ комбайна Wirtgen 2500 SM при формировании двух штабелей

Таким образом, работы велись по схеме «передвигающаяся петля», которую характеризует поворот комбайна на примерно одинаковом радиусе 27 м в конце рабочего прохода в одной панели, с заездом каждый раз на следующую полосу во второй панели.

После отсыпки второго и третьего штабелей и полной отгрузки известняка из штабелей колесным погрузчиком и гидравлическим экскаватором в карьерные автосамосвалы, комбайн осуществил отработку следующего слоя. Работы были начаты с четвертой полосы с перекидкой известняка на борт карьера, затем также прошли третью, вторую и первую полосы. Аналогичная организация работ применялась при ведении горных работ в дальнейшем.

За период с 28 июня по 5 июля 2009 г. (за 7 рабочих смен) из первой части Блока 1 при отработке трёх слоев добыто свыше 22.7 тыс. т некондиционных известняков, которые были использованы на строительстве дороги, соединяющей карьер с цементным заводом. Породы карста вывозились в отвал, расположенный вдоль борта карьера. В результате выполнения этих работ в северной части Блока 1 кровля пласта кондиционного известняка была в основном вскрыта.

Фото 3 Выход комбайна во врубовую выработку для последующего разворота и очередного прохода с отсыпкой известняка в штабель

Фото 3. Выход комбайна во врубовую выработку для последующего разворота
и очередного прохода с отсыпкой известняка в штабель

6 июля работы продолжились во второй части Блока 1, где приступили к проходке пяти врубовых выработок вдоль границы с Блоком 4. Затем была начата фронтальная отработка площади участка. За период 6–8 июля породы первого слоя были сложены в два штабеля, которые затем отгружались для строительства дороги. Общий объем удаленных пород составил 12.2 тыс. т.

Планомерная работа с регистрацией изменений всех эксплуатационных параметров проводилась в период с 28 июня по 9 июля 2009 г. Были изучены эксплуатационные параметры работы комбайнов, определяющих их производительность, а также продолжительность и общие затраты времени на выполнение различных операций. На основе хронометражных наблюдений фиксировалось время работы комбайнов при фрезеровании, а также затраты времени на маневры. Регистрировалось время простоев комбайна по разным причинам, а также время на его ежесменное обслуживание, включающее заправку дизельным топливом и водой, осмотр узлов комбайна, смазку, чистку конвейера и фрезерного барабана, проверку гидросистемы и рабочего органа.

Результаты, полученные в процессе изучения эксплуатационных параметров работы комбайна, приведены в табл. 1, где эксплуатационное время (Тэ = Тф+ Тр) включает: фрезерование и отгрузку в штабель (Тф), время на разворот в конце рабочего хода для работы в обратном направлении (Тр) или время обратного холостого хода. Эксплуатационная производительность – производительность (т/ч) за эксплуатационное время; техническая производительность – производительность (т/ч) за время фрезерования и погрузки (Тф).

Табл. 1 Эксплуатационные параметры работы комбайна Wirtgen 2500 SM на Пикалевском карьере

Анализ данных хронометражных наблюдений показывает, что техническая производительность комбайнов изменялась от 610–660 до 880–1200 т/ч, что во многом определялось готовностью различных бригад к управлению комбайном. После наработки навыков управления машиной была показана производительность 970–1010 т/ч.

Эксплуатационная производительность изменялась от 425 т/ч в первые дни до 560–650 т/ч в последующие дни. С переходом на схему работы по «передвигающейся петле» время на маневры значительно снизилось, и выявился резерв повышения эксплуатационной производительности за счет снижения времени на маневры комбайна (по мере наработки практических навыков операторов).

В табл. 2–5 представлены результаты использования комбайнами эксплуатационного времени по составляющим рабочего цикла и времени смены. Анализ полученных результатов показывает, что при принятой организации работ время эффективной эксплуатации комбайна составляло 85–90% (при времени на техническое обслуживание 9–10%). При этом на фрезерование массива затрачивается около 50% рабочего времени комбайна; на маневры – уходило около 30% времени (что связано с ограниченными размерами площадки); техническое обслуживание и ремонты занимали до 20% времени.

Использование эксплуатационного часа комбайна Wirtgen 2500 SM по составляющим рабочего цикла

Табл. 5 Выход фракций известняка при толщине фрезеруемого слоя 40–50 см и различных рабочих скоростях

В настоящее время на Пикалевском цементном заводе сырьевой цех не оборудован дробильным переделом, а мельничное отделение не принимает известняк крупностью более 50 мм. Поэтому было изучено влияние различных эксплуатационных параметров работы комбайна при разработке верхней пачки полезной толщи, представленной органогенным крупнообломочным известняком, разбитым на трещины, заполненные глинистым и песчаным материалом. Для определения доли различных фракций в добытом известняке при работе комбайнов в различных условиях были отобраны пробы и выполнены их рассевы. Для этого комбайн укладывал добытый известняк в отдельные штабели. Глубина фрезерования составляла 40–50 см, рабочая скорость изменялась в пределах 3–4, 6–7 и 8–9 м/мин (фото 4).

Фото 4 Результаты рассева известняка, добытого при рабочей скорости комбайна 8–9 м/мин: слева конус фракции –50 мм; справа +50 мм

Фото 4. Результаты рассева известняка, добытого при рабочей
скорости комбайна 8–9 м/мин: слева конус фракции –50 мм;
справа +50 мм

Отбор проб проводился по поперечному сечению штабелей в середине каждого из трех сформированных штабелей. Отобранные пробы рассеивались на грохоте с ячейками 100O100 и 50O50 мм с выделением трех фракций: >100 мм; –100…+50 мм; <50 мм.

Каждая фракция взвешивалась, а полученные данные заносились в соответствующую таблицу (cм. табл. 5). По замерам для рабочих скоростей комбайна 6–7 и 8–9 м/мин фракция –100…+ 50 мм не выделялась. Размеры самых крупных кусков составляли 250–300 мм.

Результаты рассевов показали, что при разработке верхней пачки известняков оптимизация эксплуатационных параметров работы комбайна позволяет на 10–15% повысить выход фракций –50 мм. В лучшем случае, при движении комбайна с рабочей скоростью 3–4 м/мин выход класса +50 мм может составить около 23%.

Таким образом, в рассматриваемой ситуации без применения предварительной сортировки по фракциям и вторичного дробления невозможно рассчитывать на стабильную подачу сырья требуемой фракции (–50 мм) в мельничное отделение фабрики. Для этого специалистами Wirtgen было предложено использовать дробильно-сортировочный комплекс (ДСК) фирмы Kleemann, состоящий из роторной дробильной установки на гусеничном ходу модели MR 100 ZS (производительностью по загрузке до 300 т/ч, на выходе – до 250 т/ч), двух вибрационных питателей, грохота и дизельного двигателя мощностью 268 кВт (фото 5).

Фото 5 Дробильно)сортировочный комплекс фирмы Kleemann на Пикалевском карьере

При запуске ДСК возникла проблема проходимости известняка через сита первой и второй стадии грохочения, обусловленная его неоднородностью и примесями глинистых пород в объеме до 25%. В результате до 80% материала возвращалось на повторное дробление. Это сдерживало подачу материала в приемный бункер и в конечном итоге снижало производительность дробильного комплекса.

Для повышения пропускной способности грохотильного отделения и увеличения производительности дробильного комплекса были выполнены следующие мероприятия: - демонтирована вторая стадия грохочения, предназначенная для возврата недодробленного известняка в дробилку; - на стадии первичного грохочения – перед дробилкой – изменена конструкция приемной верхней решетки и нижнего сита.

Фото 6 Модернизированное приемное устройство дробильно) грохотильного отделения

Фото 6. Модернизированное приемное устройство дробильно)
грохотильного отделения

Верхняя решетка с отверстиями диаметром 50 мм заменена на решетку с продольными щелями с размерами 60O350 мм, что позволило у в е л и ч е н и т ь живое сечение на 50%. Нижнее сито, разделяющее просыпь материала после грохочения, также заменено на сито с увеличенными – с 25 до 50 мм ячейками (фото 6). В результате выполненных работ пропускная способность грохотов дробилки возросла, что позволило обеспечить паспортную производительность дробильного комплекса.

При этом соотношение «дробленый материал/отсев» составило:v 70/30 – по известнякам из Блока 1 с большим содержанием глины;

80/20 – по известнякам из Блока 6 без примеси глины.

Благодаря осуществленной реконструкции приемного грохота ДСК вопрос снабжения сырьем необходимого фракционного состава Пикалевского цементного завода – в отсутствии дробильного передела – был успешно решен.

Относительно расхода топлива комбайном: за период работ с 28 июня по 10 июля 2009 г. в топливный бак комбайна было залито 7870 л дизельного топлива и наработано 106 моточасов. Средний расход топлива за рассматриваемый период составил 74.2 л/моточас.

За этот же период на фрезерном барабане, оснащенном резцами типа WSM-42-22E, было заменено всего 10 изношенных резцов типа WSM-42-19E, т.е. средний расход рабочего инструмента составил 0.25 шт./1000 т.

Журнал "Горная Промышленность" №4 (86) 2009, стр.10