Подготовка скальных пород к выемке

По материалам семинара «Разрушение скальных горных пород на карьерах»

к.т.н. Г.Р.Буткевич, ВНИПИИстромсырье

В Москве 14 октября 1997 г. в МГГУ прошел семинар «Разрушение скальных пород на карьерах». В работе семинара приняло участие около 80 человек. В общей величине затрат на горные работы затраты на разрушение скальных пород составляют десятки процентов. Поэтому понятно стремление повысить эффективность процесса подготовки этих пород к выемке. На разных стадиях освоения находятся различные взрывные и механические, а также электрофизические, тепловые, химические, гидравлические способы разрушения массива и негабаритных кусков породы, каждый из которых имеет своих сторонников. Но специалисты практически едины во мнении, что взрывной способ на десятки лет останется самым распространенным. Поэтому его совершенствованию уделяется значительное внимание. Проф. Б.Н.Кутузов (МГГУ) вычленил следующие направления, учитывающие нужды отечественных карьеров:

1. Увеличение диапазона диаметров взрывных скважин до пределов 100-350 мм. Широкое использование скважин малого диаметра.

2. Расширение номенклатуры ВВ, в том числе за счет конверсионных веществ.

3. Использование для получения информации о породах обуриваемого массива, необходимых для расчета параметров зарядов, данных по энергоемкости бурения и вибрации бурового инструмента.

В последние годы складывается тенденция в расширении использования вибротехники. Гидро- и пневнемоло-ты нашли применение в качестве основного оборудования, осуществляющего подготовку пород к выемке, или включаются в конструкцию рабочего органа - активного зуба. Уже созданы ковши экскаватора и рыхлители с активными зубьями-молотами.

Второе направление, которое получает распространение на предприятиях - применение комбинированных методов подготовки скальных пород к выемке: взрывание на встряхивание в сочетании с выемкой роторными и одноковшовыми экскаваторами специального исполнения, а также горными комбайнами; гидромолотов и навесных рыхлителей; ослабление массива поверхностно-активными веществами со взрыванием. Совмеще-
ние эффектов двух способов дает возможность снизить суммарные затраты на горные работы.

Поиск альтернативных взрывному способов подготовки скальных пород к выемке объясняется несколькими причинами: повышенной опасностью или запретом на ведение взрывных работ, необходимостью сохранить природную структуру массива и характеристики полезного ископаемого; стремлением повысить точность селективной выемки.

Механические способы разрушения скальных пород стали конкурентоспособны при разрушении преимущественно осадочных пород малой и средней прочности. В настоящее время можно назвать следующие виды оборудования, которые используются для подготовки пород к выемке или, разрушая породы, выполняют и другие процессы: роторные экскаваторы, мех-лопаты с активными рабочими органами, навесные рыхлители, горные комбайны, гидромолоты. Об этом оборудовании поступает отрывочная информация, нередко противоречивая.

Продолжают совершенствоваться конструкции роторных экскаваторов. На семинаре опыту применения роторных экскаваторов было посвящено несколько докладов. В течение нескольких лет экскаватор фирмы KRUPP S-400/250 на карьере Tentonia Zement разрабатывает известняк прочностью до 20 МПа. Производительность комплекса, включающего систему ленточных конвейеров, составляет 800 т/ч. Поскольку до 95% кусков горной массы после экскавации роторным экскаватором имеет размер менее 120 мм, упрощаются процессы гомогенизации и дробления (Ю.Ко-ппач, фирма KRUPP).

Другим примером служит применение роторного экскаватора фирмы UNEX К-650 на карьере «Удачный» в Якутии для добычи кимберлитовой руды прочностью до 70 МПа. При разработке пород прочностью 30-50 МПа производительность экскаватора составила 380 м3/ч (Б.Плачек, фирма UNEX). Снабженный четырьмя роторными колесами экскаватор фирмы KRUPP КСМ-2000Р продолжает эксплуатироваться в Кузбассе. В 1997 г. экскаватор разработал 1.5 млн.м3 породы (А.С.Мельников, ИГД им. А.А.Скочинского). Конструкции роторных колес каждого из указанных экскаваторов имеют значительные отличия.

Новое техническое решение - оснащение ковша активными зубьями -осуществлено на АО «Уралмаш». Три зуба ковша экскаватора ЭКГ-5В вместимостью 5 м3 представляют собой пневмомолоты, получающие сжатый воздух от установленного на экскаваторе компрессора. Замеры показали, что энергоемкость разработки пород безвзрывной подготовки экскаватором ЭКГ-5В и взорванных экскаватором ЭКГ-5 не изменилась (А.Р.Маттис, ИГД СО РАН).

К значительным достижениям можно отнести совмещение зуба рыхлителя гидромолотом. Результаты эксплуатации наиболее мощных рыхлителей Caterpillar D-10 и D-11 показали, что рыхлители с активным зубом в состоянии разрабатывать любые метаморфические породы, а наиболее прочные изверженные, типа гранита - после взрывания на встряхивание. Следует отметить, что мощность двигателя агрегата, оснащенного активным зубом, практически не изменяется, а масса возрастает примерно на 10% (Л.В.Жуков, фирма CATERPILLAR).

Было сделано сообщение об одном из новых примеров использования механического способа разрушения пород - о применении гидромолотов для подготовки к выемке прочных пород. В качестве примера назван карьер Astorp, Швеция, расположенный в черте города, из-за чего взрывное рыхление было заменено механическим. Используются два гидромолота, основной - НМ 4000V массой 4 т -разрушает 600 тыс.т гранита в год. Отмечено, что благодаря сокращению образования мелочи возрос выпуск продукции и снизились издержки (А.Н.Романов, фирма KRUPP).

Расширяется применение горных комбайнов. На семинаре сообщено о внедрении комбайна Wirtgen 2100SM при добыче флюсового доломита прочностью 40-120 МПа. Комбайн отрабатывает полосы шириной 2.1 м и глубиной 0.1-0.2 м. Производительность комбайна составляет 1000 т/см. Новая технология позволила увеличить выход продукции - фракции 3-15 мм с 33-35% до 45-49% (В.Ф.Левочкин, АО «Доломит»). Необходимо отметить, что максимальные значения прочности пород обычно относятся к прослойкам незначительной мощности.

Выбор способа разрушения скальных пород, когда альтернативным становятся механические способы, затруднителен, поскольку приходится сравнивать значительное количество вариантов, а данные о стоимости оборудования, выпускаемого разными фирмами, различаются. Для предварительной оценки можно использовать такие показатели, как трудо-, металло- и энергоемкость. Одна из трудностей, возникающая при расчетах -отсутствие нормативных документов, в частности, для определения производительность ряда видов оборудования. Следует также учитывать, что некоторые виды машин выполняют только процесс подготовки пород к выемке, а другие - несколько процессов, что иллюстрируют рисунки.

Электрофизические методы разрушения пород, несмотря на оптимистические оценки конца 50 гг., пока используются только для разрушения негабарита. Имеется опыт применения высокочастотного контактного разрушения кусков породы размером 10 м3 и более. Причем удается создавать плоскость раскола с отклонением плюс-минус 10 мм. Имеется опыт выкалывания блоков породы при наличии одной обнаженной плоскости (С.С.Краснов-ский, ИГД им. А.А.Скочинского).

Было сообщено о методе ослабления массива при помощи поверхностно-активных веществ (ПАВ). С использованием недорогих ПАВ разрушено 2 млн. м3 породы на угольных разрезах (Г.Я.Воронков, фирма «Геотехресурс»).

На семинаре также выступили представители Минэкономики России -А.И.Елфимов и Госгортехнадзора России В.Т.Галзицкий, а также несколько других специалистов.

Журнал "Горная Промышленность" №4 1997