Технологические схемы разработки месторождений кварцевых песков

Р.Г. Мелконян, д.т.н., проф., академик РАЕН, вице-президент НП «РСП-Стекло» А.Н. Ефремов, к..э.н., член-корр. РАЕН, директор Калужского филиала ВИЭМС

П.М. Кандауров, к.э.н , руководитель Центра геолого-экономических исследований Калужского филиала ВИЭМС

Месторождения кварцевых песков для производства стекла разрабатываются, как правило, открытым способом с помощью экскаваторов-мехлопат (сухие залежи), драглайнов (слабоводонасыщенные пески) и гидромеханизированнным способом, в основном земснарядами на обводненных участках (табл. 1) [1].

При экскаваторном способе механизации разработки месторождений песка вскрытие карьерных полей осуществляется всеми видами капитальных траншей: внешнего и внутреннего заложения; стационарными и скользящими; отдельными, групповыми и общими.

Вскрытие месторождений средствами гидромеханизации

При разработке пройменных и русловых месторождений кварцевых песков плавучими землесосными снарядами рабочие горизонты вскрываются пионерным котлованом, либо прорезью (горизонтальной траншеей) со стороны русла реки, а при значительной высоте надводного уступа - наклонной траншеей-съездом.

Вскрышная толща месторождений с обводненной залежью полезного ископаемого и необводненной толщей рыхлых пород вскрыши, разрабатываемых гидромониторами, вскрываются пионерным котлованом и наклонной траншеей до подошвы уступа. Вскрытие добычного горизонта осуществляется также пионерным котлованом, а при значительной высоте надводного уступа - внутренней наклонной траншеей.

На месторождениях с обводненной залежью полезного ископаемого и необводненной толщей плотных пород вскрыши, разрабатываемых выемочно-погрузочной технологией, вскрышная толща (уступ) вскрывается наклонной траншеей

внешнего заложения с последующей подготовкой горизонта разрезной траншеей. Вскрытие полезной толщи осуществляется пионерным котлованом, а при значительной высоте надводного уступа - внутренней наклонной траншеей (съездом) до уровня воды в акватории плавучего земснаряда.

При гидромониторной разработке необводненных месторождений песка, покрытых рыхлыми породами вскрыши, вскрытие вскрышной толщи осуществляется пионерными котлованами и наклонными траншеями внешнего заложения. Горизонты полезной толщи вскрываются также пионерными котлованами и наклонными траншеями внутреннего заложения.

При разработке рыхлых пород вскрыши гидромониторами, и полезного ископаемого экскаваторами вскрытие вскрышной толщи осуществляется пионерными котлованами и наклонными траншеями внешнего заложения. Вскрытие горизонтов по полезной толще выполняется наклонными траншеями внутреннего заложения, с последующей подготовкой разрезными траншеями нормального фронта работ. Рекомендуемые параметры пионерных вскрывающих котлованов приведены в табл. 2, 3.

Наклонные траншеи-съезды, служащие для доставки в котлован рабочих, оборудования и размещения трубопроводов, проводятся с уклоном 100-140%о шириной по низу 12 м.

Разрезная траншея при разработке полезной толщи плавучими земснарядами служит для проводки земснарядов в блоки разработки и для соединения между собой акваторий земснарядов. Разрезная траншея в этом случае представляет собой прорезь минимального поперечного сечения (табл. 4).

При разработке полезного ископаемого гидромониторами разрезная траншея используется для транспортной связи между пионерными котлованами гидромониторно-зем-лесосных установок, что способствует сокращению количества наклонных траншей.

Способ проходки вскрывающих и разрезных траншей выбирается из условий:

- использования на проходческих работах оборудования, принятого для производства эксплуатационных работ;

- минимального объема проходческих работ, обеспечивающего наибольшую экономичность вскрытия и подготовки рабочих горизонтов;

- минимальных сроков подготовки новых горизонтов, обеспечивающих необходимый фронт горных работ, интенсивность разработки месторождения, производительность карьера и вскрытые запасы полезного ископаемого;

- минимальных потерь полезного ископаемого.

Возможные способы проходки траншей и механизации работ приведены в табл. 5

Структуры комплексной механизации вскрышных и добычных работ

Технологические схемы, применяемыена большинстве действующих карьеров, характеризуются использованием горно-транспортного оборудования цикличного действия: экскаваторов (гидравлических и механических лопат и драглайнов), скреперов, автосамосвалов и т.д.

При разработке рыхлых вскрышных пород наиболее часто применяются структуры (по классификации В.В. Ржевского):

- экскаватор - автосамосвал - отвал, (Э-Т-О), в отдельных случаях может использоваться железнодорожный транспорт;

- бульдозер (колесный скрепер) - отвал, (Б(С)-О) при этом забой разрабатывается послойно (горизонтальными или наклонными слоями);

- шагающий драглайн - отвал (ЭО), порода может укладываться непосредственно в отвал или с частичной переэкскавацией (простые и усложненные бестранспортные схемы);

вариант - так называемая схема «экскаватор-карьер», когда вскрышная и добычная заходки отрабатываются поочередно одним драглайном. При этом вскрыша укладывается во внутренний отвал, а полезное ископаемое - через передвижной бункер-перегружатель, на конвейерный или автотранспорт.

При разработке месторождений, представленных рыхлыми породами, используются структуры механизации «экскаватор + автосамосвал + обогатительная фабрика», при которых автотранспортом перевозится до 96% объема горной массы.

Применение циклично-поточных технологий

Циклично-поточные технологические схемы сочетают применение горнотранспортного оборудования цикличного действия с конвейерным транспортом.

Конвейеризацию транспорта пород уже сегодня можно реально внедрять за счет широкого применения циклично-поточных схем с организацией в карьере или вблизи него узлов первичной переработки (первичного или окончательного обогащения). Применение таких схем тем эффективнее, чем больше доля конвейеров в цепи транспортировки горной массы (чем ближе к забою расположена фабрика (цех) обогащения) и чем больше объем транспортных работ.

Циклично-поточные схемы могут выстраиваться со следующим оборудованием:

- экскаватор + автотранспорт + узел перегрузки + конвейер + цех обогащения (отвал). Схемы такого типа (с комбинированным транспортом) широко применяются за рубежом при разработке песчаных месторождений. Частным случаем такой схемы является применение погрузочно-доставочных машин (скреперов и погрузчиков) вместо экскаваторов и автосамосвалов;

- механическая лопата + автотранспорт + узел первичной переработки + конвейер (подвесная канатная дорога) + цех обогащения.

Еще более эффективны схемы с полной конвейеризацией транспорта: от забоя до цеха обогащения (отвала, склада). Они составляют группу поточно-цикличных схем.

Эта группа схем формируется за счет следующего оборудования:

- экскаватор + бункер-питатель + конвейер + цех обогащения;

- экскаватор (драглайн, грейфер) + навал для обезвоживания + мехлопата + бункер-питатель + конвейер + завод (для разработки обводненных песчаных месторождении).

Поточность всего цикла выемочно-погрузочных и транспортных работ достигается при поточных технологических схемах, которые в настоящее время применяются только при разработке рыхлых пород роторных экскаваторов, самоходных бункер-питателей, комплекса конвейеров и отвалооб-разователей. В зарубежной практике при добыче песчаной массы поточные схемы применяются значительно чаще, чем циклично-поточные.

Технологические схемы при гидромеханизированном способе разработке месторождения

На карьерах гидромеханизация применяется:

- для разработки надводных и обводненных песчаных месторождений с гидротранспортом горной массы на гравий-но-сортировочные и обогатительные установки;

- для разработки и погрузки песчаной массы в шаланды и разгрузки шаланд;

- для гидротранспортирования полезного ископаемого и вскрышных пород из экскаваторных забоев;

- в общем технологическом процессе предприятия, в частности, для гидротранспорта песков в цех обогащения;

- для разработки вскрышной толщи.

Гидромеханизация используется в следующих процессах технологических схем:

- безнапорный размыв грунта; применяется в том случае, если имеются возвышенные места с источниками воды и перепад в отметках между подошвой забоя и местом укладки грунта, достаточный для самотечного стока пульпы;

- гидромониторная разработка рыхлых пород с самотечным или напорным транспортированием пульпы. Эта схема применяется при разработке несвязных и малосвязных грунтов (пески, супеси, легкие суглинки) слоями мощностью не менее 2.5-3.0 м путем непосредственного размыва грунта в забое;

- гидромониторная разработка связных пород (суглинки плотные, тощие и полужирные глины, плотно-слежавшиеся песчаные и песчано-гравийные грунты) с предварительным их разрыхлением;

- комбинированная разработка грунтов экскаваторами с погрузкой в автосамосвалы или на ленточные конвейеры и подачей грунта в приемно-смесительный бункер для образования пульпы, с последующим гидротранспортом ее по пульпопроводам при помощи передвижных землесосных установок;

- разработка обводненных месторождений плавучими землесосными снарядами.

Типичными для большинства предприятий РФ, занимающихся добычей стекольных песков, являются применяемые комплексы механизации и технологические схемы, используемые в ОАО «Раменский ГОК», ОАО «Кварц» и другие.

ОАО «Раменский ГОК» (Московская обл.) с 1968 года разрабатывает и обогащает кварцевые пески Егановского месторождения, использующиеся в стекольном и формовочном производствах.

В связи с исчерпанием запасов Егановского месторождения в настоящее время ОАО «Раменский ГОК» приступает к отработке Чулковского месторождения, где горные работы осуществляет дочернее предприятие ЗАО «Кварцевые пески».

Чулковское месторождение западным фронтом примыкает непосредственно к Егановскому, т.е. фактически является его продолжением.

Разработка месторождения ведется по транспортной системе комплексом механизации Э-Т-О.

Вскрышные породы в пределах контура карьера представлены суглинками, песчано-глинистыми отложениями, раз-нозернистыми песками.

Средняя мощность вскрыши - 6.6 м (максимальная 18.0 м), в т.ч. почвенно-растительный слой - 0.2 м.

Вскрышные породы разрабатываются одним уступом, образованном экскаватором ЭКГ-5А (ЭКГ-4.6) с погрузкой в автосамосвалы БЕЛАЗ, КамАЗ, КрАЗ-256Б и транспортировкой во внутренние отвалы карьера.

Среднесменная производительность ЭКГ-5А при погрузке в автосамосвалы БелАЗ пород II категории с плотностью 2.03 т/м3 составляет 2200 м3. Почвенно-растительный слой разрабатывается селективно бульдозером и используется для рекультивации отвалов.

На формировании отвала используется бульдозер Д-572 (на базе ДЭТ-250), сменная производительность которого при перемещении грунта на среднее расстояние 10 м - 2500 м3. Для разработки таких месторождений автотранспорт является более подходящим в качестве технологического транспорта. Достоинства и недостатки этого вида транспорта общеизвестны.

Так как рациональное расстояние транспортирования технологического карьерного автотранспорта не превышает 3-5 км, то карьеры, где он используется, как правило, имеют сравнительно ограниченные размеры в плане (2.0-2.5 км) и глубину обычно не более 200-250 м. Применяемые уклоны автодорог - 4-5о (70-80%), радиусы поворота - 40-50 м.

Полезная толща, представленная стекольными и формовочными песками, разрабатывается двумя подступами; в зимний период разрабатывается верхний, больший по высоте подступ по сухой части толщи стекольных песков, а в летний период (май-октябрь) дорабатывается нижний подуступ по обводненным пескам, но предварительно осушенным, высотой 3-4 м.

Разработка забоев по сухим и обводненным пескам производится мехлопатами ЭКГ-4.6 и ЭКГ-5 с погрузкой в 30-тонные автосамосвалы БЕЛАЗ, транспортирующие их в приемный бункер обогатительной фабрики и на прирельсовый склад обогащенных стекольных песков.

Разработка кварцевых песков ведется с предварительным осушением карьера, осуществляемым системой внутрикарь-ерных дренажных и водоотводных канав и организацией открытого водоотлива. Высота уступов по пескам - не более 10 м.

Расчетная среднесменная (за 8-часовую) производительность экскаватора ЭКГ-4.6Б (ЭКГ-5А) при погрузке в автосамосвалы БелАЗ песков плотностью 1.8 т/м3 составляет 2000 м3.

Производительность экскаватора определена с учетом нормативных поправочных коэффициентов.

Для обеспечения проектного объема добычи стекольных песков достаточно одного экскаватора.

Но, учитывая необходимость: подачи на обогатительную фабрику песков усредненного качества из двух одновременно отрабатываемых забоев; интенсивной отработки в летний период подступа по обводненным пескам; отгрузки песков потребителю непосредственно из карьера, разработку стекольных песков ведут два экскаватора ЭКГ-4.6Б (ЭКГ-5А).

На разработке формовочных песков также используется один экскаватор ЭКГ-5А.

На выполнении работ, связанных с зачисткой кровли полезной толщи от вскрышных пород, планировкой и очисткой от просыпей рабочих площадок и автомобильных подъездов к экскаваторам, на рыхлении поверхности вскрышного уступа с целью предотвращения глубокого промерзания массива пород используются рыхлительно-бульдозерные агрегаты на базе тракторов Т-330, ДЭТ-250, имеющиеся ш предприятии. Перечень горно-транспортного оборудования используемого ОАО «Раменский ГОК» приведен в табл. 6.

Разработка Ташлинского месторождения стекольных песков (разработчик ОАО «Кварц») производится по подобной схеме, но при использовании в качестве технологического железнодорожного транспорта. Экскаваторы загружают пески полувагоны, которые доставляют их на обогатительную фабрику.

Общеизвестные технологические достоинства и преимущества железнодорожного транспорта проявляются при расстоянии транспортирования более 5-10 км, что характерно для месторождений с большой длиной добычного фронта по залежам с большой и выдержанной мощностью Все это характерно для Ташлинского месторождения стекольных песков.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Отчет по Государственному контракту № АЛ-04-06-/65 ФГУП «ЦНИИгеол-неруд» по теме: «Геолого-экономическое и аналитико-технологическое обоснование развития и освоения минерально-сырьевой базы стекольной промышленности России», Казань, 2007.

2. Бутт Л.М., Полляк В.В. Технология стекла// М.: Стройиздат, 1971, 368с.

Журнал "Горная Промышленность" №5 2008, стр.68