Тран­с­пор­ти­ро­ва­ние скальных по­род (на приме­ре не­руд­но­го сы­рья)

Технология разработки скальных пород обычно отождествляется с цикличными процессами выемки (одноковшовыми экскаваторами и погрузчиками) и транспортировки (автосамосвалами и локомотивосоставами) при взрывном рыхлении массива. Альтернативные технологии ориентируются на применение непрерывных видов транспорта — конвейерного, канатных дорог, гравитационного. В настоящее время на отечественных карьерах нерудного сырья основным видом транспорта остается автомобильный. Так, доля перевозок на карьерах нерудных строительных материалов самосвалами оценивается в 94%, локомотивосоставами 3-4%, конвейерами 1-2%, другими видами транспорта около 1%. Локомотивосоставы, преимущественно широкой колеи обычно используют на карьерах со значительным объемом перевозок. Известны карьеры, на которых железнодорожный транспорт был выбран при расстоянии от карьера до промплощади около 1 км. Такое решение связано с благоприятным рельефом, позволяющим прокладывать трассу с минимальным уклоном [1]. В разных отраслях нерудной промышленности структура карьерного транспорта имеет свои особенности. Например, 25% скального цементного сырья перевозится комбинированным транспортом с использованием конвейеров.

 

Известны такие недостатки автотранспорта, как высокие энерго-, трудо- и материалоемкость (рис.1 и 2). Автоперевозки наносят ощутимый урон природной среде из-за пыле- и газовыделения, сравнительно большой землеемкости горных выработок, рассчитанных на движение самосвалов. Однако на отечественных карьерах самосвалы останутся на десятилетия основным видом транспортного оборудования. Поэтому нужно стремиться повысить эффективность их эксплуатации.

Расстояние транспортирования полезного ископаемого в настоящее время на большинстве нерудных карьеров не превышает 2 км. Преобладают карьеры глубиной до 40-60 м. Характерная длина фронта работ находится в пределах 600-700 м, хотя имеются предприятия с длиной фронта 2 км и более. Таким образом, разнообразные горно-геологические условия нерудных месторождений благоприятствуют использованию различных видов транспорта. Мировой опыт показывает, что область применения автотранспорта имеет тенденцию к сокращению.

Конкурентоспособным оказывается в первую очередь конвейерный транспорт, при разработке нагорных месторождений - гравитационный, а также канатные дороги. В большинстве случаев применяют схемы с комбинированным транспортом, в которых самосвалы являются одним из 2-3 видов последовательно работающих транспортных машин. На нерудных карьерах с комбинированным транспортом в качестве магистрального наибольшее распространение получили ленточные конвейеры (рис.4). Имеются примеры использования железнодорожного транспорта широкой колеи при расстоянии перевозки более 3-4 км (Екабпилский карбонатный карьер, Латвия), канатных дорог при пересеченной местности (карбонатный карьер Махачкалинского комбината). Известен единственный случай применения скипового подъемника - карьер по добыче известняка Гринспойл, США, производительностью 5 млн.т и глубиной 120 м [2]. Функционировали также опытные линии с новыми видами транспорта, такими как конвейерные поезда на Чаплинском карьере по добыче гранита и пневмоконтейнерный на Бердниковском карьере по добыче известняка. Резкое повышение интереса к замене автотранспорта наблюдается в периоды энергетических кризисов. Так было в западных странах, а теперь происходит на территории бывшего СССР.

Стремясь сократить расстояние перевозок самосвалами, отделение первичного дробления выносят из дробильно-сортировочных заводов (ДСЗ) и располагают в карьере или на его борту. Большинство специалистов ограничивает допустимый для перемещения конвейерами стандартной конструкции с жестко закрепленными роликами размер куска породы 300-350 мм. При длине линии магистральных конвейеров более 1 км часто в дробильной установке (ДУ) производят не только первичное, но и вторичное дробление, вследствие чего на конвейер поступает кусок меньшего размера. Это позволяет увеличить срок службы конвейерной ленты.

В сочетании с конвейерами используют не только самосвалы, но и выемочно-транспортные машины: погрузчики, колесные скреперы, бульдозеры. За рубежом, производя реконструкцию, считают выгодным переносить дробильное отделение и применять комбинированный транспорт при производительности карьера 400-500 т. ч и длине создаваемой линии конвейеров 200-300 м. На всех отечественных и почти всех зарубежных карьерах с комбинированным транспортом подготовка пород к выемке производится взрывным способом. За рубежом выемочно-погрузочные работы производят мехлопаты и погрузчики с ковшами вместимостью до 12 м3, в бывшем СССР, как правило, экскаваторы ЭКГ-5. На отечественных карьерах распространены самосвалы грузоподъемностью 27-42 т, за рубежом — 35-50 т. На отдельных предприятиях грузоподъемность самосвалов превышает 100 т. В качестве магистральных используют конвейеры с шириной ленты до 1600 мм. Для отечественных предприятий типична установка лент большей ширины при сопоставимых производительностях, что приводит к росту издержек.

Необходимо указать, что на зарубежных карьерах, благодаря проводимым реконструкциям, расстояние перевозки полезного ископаемого самосвалами до ДУ, как правило, находится в пределах 800 м, а на отечественных превышает  1 км. На карьерах цемсырья среднее расстояние перевозок самосвалами находится в пределах 1-6 км при длине линий конвейеров 0,5-7 км. Проблема сокращения расстояния перемещения горной массы колесным транспортом решилась благодаря применению самоходных дробильных агрегатов (СДА), которые загружаются экскаватором или погрузчиком (рис. 5 и 6). В последнем случае агрегат перемещается периодически.

При разработке месторождений изверженных пород, обычно имеющих большую мощность, необходимо в качестве перспективных рассматривать варианты с использованием оборудования крутонаклонного и вертикального транспорта, а также подземного вскрытия. Так, вскрыв месторождение глубиной 100 м наклонным стволом, можно снизить землеемкость на 10 га. Одноканатный скиповой подъемник способен выдавать более 10 млн.т горной массы в год [3]. Одно из достоинств скиповых подъемников заключается в возможности доставки горной массы, содержащей крупные куски породы. Однако необходимость использования трех видов транспорта: забойного, подъемного и магистрального с двумя пунктами перегрузки делает технологию со скиповым подъемом менее эффективной. Эти недостатки, в определенной степени, устраняет клетьевой подъем в наклонной или вертикальной выработке, при котором загружаемая в забое транспортная машина (самосвал, погрузчик, колесный скрепер) функционирует в качестве забойной и магистральной.

Включение в транспортную систему конвейеров благоприятствует устройству промежуточных складов между отделением первичного дробления в карьере и стационарным заводом. Наличие склада повышает надежность функционирования системы карьер-ДСЗ, создавая условия для роста производительности и сокращения числа рабочих смен на карьере. При этом сохраняется высокая гибкость схем и возможность регулирования качества поставляемого сырья, обеспечиваемых применением автотранспорта в качестве забойного звена. Вместимость промежуточных складов достигает 100 тыс.т, максимально известная — 120 тыс.т на карьере Фудживара, Япония. По данным д.т.н. Р.А.Родина половина простоев предприятий нерудных строительных материалов связана с авариями в карьере и отделении первичного дробления. Поэтому создание промежуточного склада позволяет увеличить мощность предприятия на 11-25% [4]. Подобный склад выполняет также функции усреднительного.

Производительность известных стационарных и передвижных ДУ приближается к 10 тыс.т/ч, а СДА достигла 5 тыс.т/ч (рис.5-6). ДУ оснащены мощными дробилками, например, щековыми размером 1500х2100, (в США 1524х2134), роторными и реже конусными. Благоприятные условия для внедрения комбинированного транспорта создаются после формирования в карьере выработанного пространства, параметры которого позволяет устанавливать оборудование вне взрывоопасной зоны. Исследования института ВНИИПИИстромсырье показали, что имеется возможность применять технологию с комбинированным транспортом, начиная с первых лет эксплуатации месторождения, спланировав развитие горных работ.

Имеются особенности в схемах транспорта при разработке месторождений сырья для производства щебня, сложенных породами различной прочности, часть которых является некондиционными. Такая структура полезной толщи типична для нескольких регионов России. Например, карбонатные месторождения Центрального региона представлены десятками пластов мощностью до 2 м. Некоторые пласты состоят из пород прочностью менее 20 МПа, а также глин.

Установлено, что наибольший объем слабых пород и глин при разрушении массива содержат мелкие фракции. Поэтому в ДУ формируют 2 независимых грузопотока: кондиционной горной массы, перемещаемой на ДСЗ линией конвейеров, и отходов, направляемых по кратчайшему пути в отвал, обычно в выработанное пространство карьера, также конвейерами. Такие технологии внедрены на нескольких карьерах Калужской и Тульской областей.

Рассмотрим в качестве примера технологию разработки одного из крупнейших в мире карьеров по добыче гранита Glensanda, Великобритания, проектной мощностью 15 млн.т щебня. Месторождение нагорного типа вскрыто рудоспуском диаметром 3.3 м и горизонтальной выработкой сечением 6.5х6.5 м, в которой установлен конвейер длиной 1.8 км с шириной ленты 2000 мм. В карьере 5 самосвалов грузоподъемностью 85 т загружаются одной мехлопатой и двумя погрузчиками с ковшами вместимостью 12 м3. Самосвалы доставляют горную массу в ДУ с конусной дробилкой Nordberg размером 1372х2064 мм, работающей под завалом. Раздробленная масса размером 250 мм поступает в воронку вместимостью 5000 т и затем в рудоспуск. У подножия горы размещен ДСЗ, склады продукции и морской причал. В настоящее время строительство не окончено, и производительность предприятия составляет 5 млн.т щебня в год [5].

Изложенное показывает, что перспективы снижения издержек на перемещение скальных пород связаны с использованием более прогрессивных ресурсоемких видов транспорта, главным образом конвейерного. На первом этапе внедрения, начавшемся несколько десятилетий назад, подготовка к транспортировке горной массы осуществляется в полу- и стационарных ДУ или СДА при взрывном рыхлении массива. Увеличение возможностей механического разрушения массива скальных пород создает перспективы применения технологий на базе фрезерных комбайнов с комбинированным транспортом, а после решения проблемы эксплуатации мобильных конвейеров — только конвейерным.

На отечественных карьерах нерудного сырья в ближайшей перспективе автотранспорт остается преобладающим. Из-за возникших в стране финансовых трудностей значительных изменений в структуре карьерного транспорта не следует ожидать. Поэтому совершенствованию технологий с применением автотранспорта необходимо уделять в настоящее время максимальное внимание.

При разработке нагорных месторождений приоритетные позиции должна занять схема с гравитационным транспортом в сочетании преимущественно с магистральным конвейерным.

Транспортные схемы с комбинированным транспортом на основе скипового и клетьевого подъема, конвейеров специальной конструкции, в том числе при подземном вскрытии заслуживают углубленной проработки. Они могут решать проблемы карьеров малой и средней мощности глубиной более 100 м. 5

Источники:

1. Буткевич Г.Р. Прогрессивная технология разработки месторождений сырья для производства нерудных строительных материалов. М. — ., Стройиздат, 1990.

2. Rucavina M. Sloup hoist in Guarry. Rock Products. 1987, #2.

3. Новожилов М.Г. Технологические аспекты разработки глубоких карьеров. Горный журнал, 1993, #6.

4. Буянов Ю.Д. Разработка песчано-гравийных месторождений. М. — ., Недра. 1988.

5. The naturing of Glensanda. Mine&Quarry. 1994, #4.

Журнал "Горная Промышленность" №1 1996, стр.52