Усреднение минерального сырья на горных предприятиях

Г.Р. Буткевич, ФГУП «ВНИПИИстромсырье», Е.И. Юмашева, журнал «Строительные материалы»

Предприятия, вырабатывающие продукцию из минерального сырья, рассчитаны на поставку для ее производства горной массы с определенными физико-химическими характеристиками. Например, для ДСЗ, производящего нерудные строительные материалы из песчано-гравийных пород, содержание песка и гравийно-валунных фракций может колебаться в пределах нескольких процентов, для цементных заводов допустимые колебания некоторых оксидов ограничиваются долями процента, для стекольных песков содержание оксида железа - сотыми долями процента, а для оптических изделий - тысячными долями.

Известно, что качество полезного ископаемого в границах карьерного поля изменяется как по мощности залежи, так и по простиранию. В табл. 1 приведены данные об изменении содержания гравийно-валунных фракций на крупнейших песчано-гравийных месторождениях. Если допустимые пределы характеристик горной массы нарушаются, снижается производительность перерабатывающего комплекса, растут потери полезных компонентов, увеличивается удельный расход полезного ископаемого, возрастает энергопотребление.

Так, при увеличении содержания в песчано-гравийной смеси песка для обеспечения выпуска щебня и гравия в заданных объемах необходимо переработать большее количество горной массы. Поэтому технологическая линия ДСЗ,

принимающая песок, оказывается перегруженной, вследствие чего возникают перечисленные негативные явления. По данным к.т.н. А.З. Черствова [1], при уменьшении по сравнению с указанным в проекте содержанием гравийно-валунного материала на 10% производительность ДСЗ снижается на 9-35%, а при увеличении содержания на ту же величину - на 10-29% .

Данные д.т.н. В.П. Бея [2] показывают, как нестабильность прочности поступающих на переработку известняков влияет на качество продукции (табл. 2). При снижении средней прочности полезного ископаемого во время промышленного опробования на 9 и 14% удельный расход горной массы на выпуск щебня возрастал незначительно, в пределах 1%. Но содержание слабых зерен увеличилось соответственно в 1.8 и 2.5 раза. А средняя прочность снизилась для различных фракций щебня соответственно до 92-97% и 78-88%.

Чтобы обеспечить поставку минерального сырья с заданными характеристиками, кроме надежной геологической информации, необходима четкая программа регулирования всех процессов горных работ, одним из элементов которой является усреднение. С целью стабилизации качественных характеристик минерального сырья в горных подотраслях промышленности строительных материалов применяют более 10 способов усреднения: в забое, в контуре карьера, на промплощадке. Можно группировать способы усреднения, используя различные классификационные признаки: количество одновременно действующих забоев, количество грузопотоков и их разветвленность, место, где производится усреднение (в забое, карьере или на промплощад-ке), как это представлено в табл. 3. Во всем мире накоплен обширный опыт усреднения минерального сырья (табл. 4) [3].

Наиболее простой способ - усреднение в ковше экскавирующей машины. Этот способ применяется при разработке серии пластов, когда ковш драглайна или мехлопаты при движении по груди забоя последовательно пересекает два и более пластов и результат усреднения легко прогнозируется.

Аналогично происходит процесс усреднения при разработке забоя канатным скрепером, многоковшовой цепью экскаватора или драги. Благоприятные результаты усреднения состава горной массы, например, при разработке песчано-гра-вийных пород, создаются при перемещении породы бульдозером от верхней бровки уступа к его подошве.

Хорошо зарекомендовал, преимущественно на карьерах цементной промышленности, способ усреднения в транспортных сосудах, загружаемых в нескольких забоях. Известны примеры, когда карбонатные породы, подготовленные к выемке тракторными рыхлителями, затем вынимались колесными скреперами. Скреперы заполняли ковш в нескольких забоях и доставляли горную массу на усреднительный склад. В печати появлялись сообщения о загрузке ковша одного скрепера в трех и даже четырех забоях.

На карьере «Гора Груздовик» институтом «ВНИПИИ-стромсырье» были проведены промышленные эксперименты по усреднению сырья в кузовах самосвалов (табл. 5). Сырье (высоко- и низкотитровый мергель) загружали в самосвалы БЕЛАЗ-540 двумя способами. При разработке забоя в зоне контакта двух пачек мергеля различного химического состава мехлопата ЭКГ-4,6Б загружала в кузов самосвала заданный объем полезного ископаемого каждого типа. Применяли также загрузку мергеля в двух забоях: высокотитро-вый загружался мехлопатой, а низкотитровый одноковшовым погрузчиком Л-34 с ковшом емкостью 3.4 м3 или другим экскаватором. Забои располагались на одном или различных горизонтах. Дозировка определялась количеством разгружаемых ковшей экскаватора и погрузчика, причем не только полными ковшами, но и их долями (0.5 и 0.33). Результаты экспериментов, которые производились как в летнее, так и в зимнее время свидетельствуют о довольно высокой точности усреднения [4].

Усреднение в транспортных сосудах применялось на нескольких отечественных предприятиях. Одним из первых способ усреднения в думпкарах, загружаемых в двух забоях, применили на карьере Коркинского цемзавода. Наиболее впечатляющим оказался опыт карьера цемзавода «Красный Октябрь», на котором добывали 3 вида полезных ископаемых: мел (основное полезное ископаемое), альбскую глину и опоку; альбская глина залегает под толщей мела, а опока над ней. Периодически в сырьевую смесь добавляли суглинок из вскрыши. В течение многих лет один железнодорожный состав доставлял в сырьевой цех перечисленные породы в заданном соотношении. Причем в течение смены соотношение между компонентами по требованиям лаборатории могло изменяться. Мел загружался в думпкары в карьере. Глина и опока самосвалами доставлялись на промпло-щадку, где формировалось две секции прирельсового склада. Загруженные в заданном объеме мелом думпкары прибывали к складу и догружались другими компонентами (фото 1). Единицей дозировки считался ковш экскаватора. В карьере и на складе были установлены экскаваторы с ковшами разной емкости.

На многих предприятиях применяется несколько способов усреднения, что типично для цемзаводов. В качестве примера можно привести Соломинский карьер цементного сырья. Верхние горизонты месторождения оказались сильно закар-стованными (фото 2), что при проведении геологоразведочных работ не было выявлено. В течение первых лет эксплуатации на карьере применялись следующие способы усреднения: конусование и переэкскавация в призабойном пространстве на рабочей площадке уступа и дозированная загрузка думпкаров в двух забоях. Затем усреднение производилось в приемном бункере сырьевого цеха путем поочередной разгрузки думпкаров, заполненных сырьем различных технологических сортов. Окончательная стадия усреднения осуществлялась по типовой схеме, принятой на цемзаводах, работающих по «мокрому» способу, начиная с горизонтального шламбассейна.

На добычных работах использовались экскаваторы ЭКГ4.6, загружавшие  думпкары грузоподъемностью 80 т. Думпкар вмещал 8 ковшей. В зависимости от состава полезного ископаемого соотношение загружаемых в каждом забое полных ковшей изменялось от 1:7 до 4:4. Разработанная специалистами предприятия система управления качеством позволила, несмотря на тяжелейшие условия, за короткий срок достигнуть проектной мощности и выпускать качественную продукцию. Карстовые полости были заполнены 10 различными типами глин, из которых только один мог использоваться в шихте. На основании данных эксплуатационной разведки, систематически выполнявшейся на карьере, геолого-маркшейдерская служба задавала схему усреднения.

Планируя работы по усреднению минерального сырья в транспортных средствах, необходимо учитывать такие факторы как налипание и примерзание породы к стенкам транспортных сосудов, приемных воронок, рабочим поверхностям перерабатывающего оборудования. Другими словами -предусмотреть определенный порядок загрузки и размещения различных пород в кузове транспортного сосуда.

Расчеты показывают, что усреднение в кузовах самосвалов обеспечивает более высокие показатели по сравнению с усреднением на простейшем усреднительном складе при загрузке сырья не только в двух, но даже в трех забоях. Это объясняется тем, что на складе необходимо устанавливать дополнительное оборудование, в то время как во многих случаях использование двух и более экскаваторов связано не только с необходимостью обеспечить требуемое качество сырья, но и заданную производительность. Подобное положение отмечено и для железнодорожного транспорта. Так, вне зависимости от категории разрабатываемых пород и общего расстояния транспортировки горной массы при производительности карьера более 1.5-2 млн. м3 в год эксплуатационные затраты и стоимость оборудования при работе с догрузкой во втором забое и без нее становятся практически одинаковыми.

При усреднении минерального сырья важнейшим вопросом является точность дозировки усредняемых компонентов. За единицу дозировки в разных схемах принимают емкость локомотивосоства, думпкара или самосвала, ковша колесного скрепера или экскавирующей машины. При усреднении в транспортных сосудах единицей дозирования является вместимость ковша, а для квалифицированных машинистов - его доли. Поскольку в современном транспортном и погрузочном оборудовании имеются взвешивающие устройства, проблема дозирования начинает все в меньшей степени зависеть от мастерства оператора.

Одно из достоинств схем усреднения в транспортных сосудах заключается в возможности оперативной оценки правильности дозировки и принятия действий к устранению ошибки. Эта схема обладает и большей надежностью, поскольку при выбытии одной из транспортных машин остальные продолжают поставлять сырье, хотя производительность комплекса снизится. Такой способ усреднения имеет еще одно достоинство: переход к этому способу на действующем карьере не потребует существенного изменения технологии горных работ.

На многих зарубежных карьерах, производящих нерудные строительные материалы, распространен способ усреднения на складе дробленого сырья. Схема с промежуточным складом (фото 3) более полувека применяется при разработке как месторождений песчано-гравийных, так и скальных

пород и считается типовой. Усреднительный склад, который выполняет также функции буферного, размещается между отделениями первичного и вторичного дробления, обеспечивая независимость работы карьера и ДСЗ в период вынужденных остановок. Емкость «переливного» склада, как его называют в англоязычной литературе, достигает 100 тыс. т и более. Буферные склады небольшой емкости формируют на берегу при добыче песчано-гравийных пород из-под воды грейферными снарядами и в некоторых других технологических схемах. Такие склады формируются только с использованием ленточных конвейеров.

На отечественных карьерах имеются лишь единичные примеры применения усреднительных складов, которые обычно создаются перед отделением первичного дробления и формируются самосвалами.

Укрупненные расчеты показали несомненные преимущества способов усреднения с загрузкой самосвалов в двух забоях и однократной переэкскавацией. Расчеты выполнялись в диапазоне производительностей от 0.5 до 3 млн. м3 в год. В табл. 5 приведены средние значения по 6 вариантам указанных производительностей. Необходимо указать, что усреднение с переэкскавацией имеет ограниченное применение, в то время как усреднение в транспортных сосудах и на складе дробленого сырья является более универсальным.

Все фото выполнены Г.Р. Буткевичем

ЛИТЕРАТУРА:

1. Черствое А.З. Исследование технологии усреднения песчано-гравийной массы при открытой разработке. М., МГИ. Автореферат кандидатской диссертации. 1981, с. 18.

2. Бей В.П. Исследование технологии разработки сложноструктурных карбонатных месторождений при комплексном использовании сырья. Автореферат кандидатской диссертации. М., МГИ, 1972.

3. Буткевич Г.Р. Юмашева Е.И. Стабилизация качества минерального сырья. Организация, управление и экономика добычи и переработки строительных материалов. М. МГГУ. 2001. с. 48-50.

4. Хохлов Б.В. и др. Стабилизация качества цементного сырья. ВНИИЭСМ, М. Цементная промышленность, 1978, выпуск 3, с. 6-7.

Журнал "Горная Промышленность" №5 2008, стр.63