Природные каменные материалы

§ 3.3. Основы технологии нерудных строительных материалов /4/

Добыча нерудных строительных материалов

Добыча и транспортировка нерудных строительных материалов— важнейшие технологические переделы производства. В каждом отдельном случае способ добычи сырья должен быть тщательно обоснован, так как от правильного его выбора зависят затраты и на последующие технологические операции.

Выбору способа добычи предшествует анализ химического состава сырья и его физических свойств: влагоемкости породы, водопроницаемости, плотности, предела прочности при сжатии и ударе и др. Изучая условия залегания сырья, определяют мощность вскрытия, чередование и размер пластов, угол наклона пластов, уровень грунтовых вод и т. п.

Добыча сырья для производства нерудных материалов производится открытым способом, непосредственно с земной поверхности. В зависимости от свойств разрабатываемых пород, объема вскрыши и других факторов принимают систему разработки месторождения, под которой понимают определенный порядок выполнения комплекса подготовительных, вскрышных, добычных, транспортирующих и других работ, обеспечивающих заданные производительность, экономичность, рациональное использование сырья при безопасных условиях работы.

• Вскрышные работы входят в комплекс горнодобывающих работ. Обычно это удаление пустой породы, закрывающей горную породу. Вскрышные работы проводят с опережением по отношению к работам по добыче сырья. Выбор системы вскрышных работ определяется рядом факторов, к которым относятся мощность залежи, характер ее залегания, мощность вскрышных пород, рельеф местности и т. д.

По объему перемещаемых масс вскрышные работы составляют одну из крупных расходных статей карьерного хозяйства. Конечная стоимость сырья в значительной мере обусловливается затратами на вскрышные работы. Их осуществляют бульдозерами, экскаваторами, скреперами или гидромеханическим способом — путем размывания породы струей воды, подаваемой под давлением.

Бульдозеры используют на небольших карьерах, где вскрыша представлена мягкими породами мощностью до 0,5 м при дальности перемещения не более 80...100 м.

Рис.3.3.1.Бестранспортная схема вскрышных работ драглайном; 1 — разрабатываемая горная порода; 2 — пустая порода (вскрыша); 3 — отвал

Строительные экскаваторы с емкостью ковша 0,5...2 м3 применяют для вскрышных работ на бутощебеночных карьерах. Добываемые породы транспортируют во внутренние или внешние отвалы самосвалами грузоподъемностью 5...25 т. Такая схема позволяет использовать для вскрышных работ то же оборудование, что и для добычи сырья.

Скреперы рекомендуются для разработки вскрыши на песчаных и песчано-гравийных карьерах, что позволяет по сравнению с транспортной схемой (экскаватор — автотранспорт) снизить их стоимость и повысить производительность труда.

При разработке вскрыши большой мощности (15...20 м и более) наиболее эффективны бестранспортная и отвально-транспортная системы, когда выемку и перемещение вскрышных пород в отвал производят роторными и шагающими экскаваторами, драглайнами, работающими самостоятельно либо в комплексе с консольными отвалообразователями, транспортно-отвальными мостами.

Схема вскрышных работ драглайном с перевалкой вскрыши в выработанное пространство карьера представлена на рис. 3.3.1. Если один экскаватор не может перемещать вскрышу непосредственно в отвал, возможна кратная перевалка, при которой один экскаватор перемещает породу в промежуточный, а другой—в постоянный отвал. На значительные расстояния (до 1 км) возможно перемещение вскрышных пород при использовании передвижных конвейеров.

В определенных условиях заслуживает серьезного внимания гидромеханизированная разработка вскрышных пород, обеспечивающая благоприятные условия для комплексной механизации и автоматизации.

• Добычу нерудных материалов производят одним или несколькими уступами (рис. 3.3.2). Высоту уступа задают исходя из физико-механических свойств разрабатываемых пород, применяемого оборудования, горнотехнических и климатических условий. Она составляет для твердых пород 10...15 м, а для мягких 8...10 м. Для шальных пород, разрабатываемых с помощью взрывов, высота уступа не должна превышать 20 м.

Рис. 3.3.2. Карьер 1 - экскаваторы; 2 - вскрыша

Рыхлые породы (песок, гравийно-песчаные смеси) разрабатывают прямой экскавацией. На каждом уступе карьера имеется один или несколько забоев. Забой — это рабочая площадка добывающего механизма, часть поверхности уступа, на которой разрабатывают породу.

Расположение забоев на уступе может быть различным в зависимости от применяемого оборудования и условий разработки. Чаще используют торцовый забой с боковой погрузкой. При этом угол поворота ковша экскаватора не превышает 90°. В таком забое удобно подавать транспорт под погрузку. Ширина торцового уступа при работе экскаватора с прямой механической лопатой составляет 1... 1,5 максимального радиуса резания экскаватора, высота равна максимальному вылету ковша.

В карьерах нерудных материалов обычно используют строительные гусеничные экскаваторы с ковшом 0,5... 2,5 м3, на крупных карьерах — экскаваторы с ковшами до 4,..б м3. Хорошие перспективы для повышения производительности и комплексной механизации выемочно-погрузочных работ создаются при использовании машин непрерывного действия, например роторных экскаваторов производительностью до 1000 М3/ч. Однако они рассчитаны в основном для разработки мягких пород.

Песчаные и песчано-гравийные месторождения, особенно обводненные, разрабатывают драглайнами, позволяющими более полно извлекать нерудные материалы и производить подводную добычу.

Для разработки скальных и в особенности полускальных пород (известняков, песчаников, сланцев) возможно применение тракторных рыхлителей с тяговым усилием до 100 т и с давлением на каждый зуб рыхлителя 30..40 т. При рыхлении трещиноватые породы разрушаются в первую очередь по трещинам. Глубина рыхления в зависимости от вида породы составляет 0,3...0,7 м. Работа экскаватора при такой высоте разрыхленного слоя неэффективна и поэтому желательно предварительно сгребать разрыхленную породу бульдозерами в навалы. Эффективность работы рыхлителей зависит от структуры, прочности и трещиноватости породы. Применение рыхлителей снижает стоимость добычных работ на 15...20%. Особенно они эффективны при работе на маломощных пластах. В этом случае механическое рыхление в 2... 5 раз дешевле рыхления взрывом.

Разработку твердых и плотных горных пород производят, как правило, с применением буровзрывных работ, которые обеспечивают как отделение породы от горного массива, так и дробление негабаритных кусков. Необходимо при этом подчеркнуть, что буровзрывной метод рыхления применим в тех случаях, когда показана недостаточная эффективность рыхления механического и гидравлического. Чем ближе размер добываемых кусков к заданной степени измельчения, тем лучше используется добывающее оборудование. Взрывчатые вещества (аммонит, -аммиачную селитру, аммонал и др.) размещают в шпурах (диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м) или скважинах (диаметром до 300 мм и глубиной более 5 м), располагаемых в определенном порядке вдоль фронта уступа. Бурение шпуров и скважин осуществляют буровыми машинами ударно-канатного или вращательного бурения.

В последние годы внедряются новые способы бурения скважин, в частности огневой, при котором скважину прожигают газовой струей (смесь керосина с кислородом) с температурой порядка 3000 °С, выбрасываемой из горелки со скоростью до 2000 м/с.

Диаметр и расстояние скважин друг от друга устанавливают в зависимости от свойств разрабатываемой породы, заданных размеров кусков и др. Для легкодробящихся трещиноватых пород рекомендуется повышенный диаметр скважин и соответственно большая масса зарядов, размещаемых на значительных расстояниях друг от друга. В трудновзрываемых монолитных породах делают скважины меньшего диаметра, но размещают их ближе друг к другу. Глубина скважин, как правило, на 10...15% должна превышать высоту уступа.

После взрыва часть кусков взорванной породы может превосходить размеры кондиционных фракций. Для дробления негабаритных кусков применяют метод накладных зарядов, который заключается в том, что заряд помещается на поверхность взрываемой породы, покрывается забойкой и взрывается. Иногда для дробления негабарита используют и механические способы, например с помощью перфораторов. Взорванная порода грузится на транспортные средства экскаваторами.

• Карьерный транспорт необходим как для перемещения вскрышных пород в отвалы, так и для доставки добытой породы с карьера на завод. Наибольшее распространение в карьерах получил автомобильный транспорт, который перевозит около 90% добываемых нерудных материалов. Эффективность использования его зависит от правильности выбора соотношения емкости ковша экскаватора и грузоподъемности самосвалов. Для экскаваторов типа «прямая лопата» рекомендуется соотношение емкости ковша и кузова автомашины 1: 3. Необходимо ориентироваться на использование автомобилей большой грузоподъемности, а также прицепов и полуприцепов, повышающих экономичность эксплуатации автотранспорта.

Конвейерный транспорт хотя и связан с большими капитальными затратами, но более дешев в эксплуатации, более производителен, обеспечивает поточность процесса транспортировки, что создает благоприятные предпосылки для его автоматизации. Распространение этого способа транспорта сдерживается некоторыми его недостатками: необходимостью предварительного дробления материалов, высоким износом ленты, зависимостью качества доставляемого продукта от климатических н метеоусловий. В зависимости от расположения поддерживающих роликов транспортерные ленты бывают плоские и лотковые. Последние обеспечивают большую загрузку материала на 1 м ленты и повышение производительности транспортера в 2 раза. Ширина транспортерных лент 300...2000 мм, скорость движения 2...3 м/с. При перемещении материалов на большое расстояние применяют транспортерные установки из отдельных секций длиной 50...200 м. Ленточные конвейеры позволяют перемещать материал под углом 18° к горизонту. При большем подъеме ленты должны иметь поперечные выступы.

Ленточные конвейеры могут быть стационарными или периодически передвигаемыми за добывающим механизмом. Последним должно быть отдано предпочтение, поскольку они дают возможность подавать породу в приемный бункер непосредственно экскаватором. При стационарных транспортерах породу из забоя к приемным бункерам конвейерной линии приходится доставлять автосамосвалами.

Железнодорожный транспорт используют в основном для транспортировки потребителю готового продукта, а также при расстоянии карьера от завода более 8 км, значительных объемах добываемого сырья и надлежащем рельефе местности.

На большинстве действующих карьеров действуют технологические схемы с использованием горно-транспортного оборудования цикличного действия: экскаваторов, скреперов, автосамосвалов. При работе такого оборудования значительная часть рабочего времени расходуется на вспомогательные операции. Процессы выемочно-погрузочных работ и доставки трудно автоматизировать. Основой их автоматизации является применение конвейерного транспорта. Технологические схемы, сочетающие применение цикличного горно-транспортного оборудования с конвейерами, относятся к циклично-поточным. По мере организации на действующих карьерах узлов первичной переработки горной массы такие схемы все шире внедряются в практику.

Рис. 3.3.3. Поточно-цикличная технологическая схема горно-транспортных работ: 1- стационарный конвейер; 2 — передвижной конвейер; 3 - передвижной отвальный конвейер с ленточными весами; 4-передвижная дробилка; 5 – экскаватор.

Их применение тем эффективнее, чем больше доля конвейеров в общей протяженности транспортировки горной массы и чем шире объем работ. Еще более эффективными являются поточно-цикличные схемы с полной конвейеризацией транспорта от забоя до завода и организацией дробления непосредственно в забое (рис. 3.3.3.). И наконец, поточность всего цикла выемочно-погрузочных и транспортных работ достигается при поточных технологических схемах. В настоящее время они применяются только при разработке рыхлых пород с использованием выпускаемых промышленностью механизмов и комплексов непрерывного действия (роторный экскаватор, самоходный бункер-питатель, комплекс конвейеров, отвалообразователь). Сравнительная эффективность технологических схем с разной степенью поточности представлена в табл. 1.3.

• Гидромеханизированная добыча обеспечивает комплексное и непрерывное выполнение операций по разработке и транспортированию материалов. Она используется как для вскрышных работ, так и при добыче рыхлых нерудных материалов. Сущность способа состоит в том, что разрабатываемая порода отделяется от массива, рыхлится и транспортируется динамическим действием воды, подаваемой к забою гидромониторами со скоростью до 90 м/с под напором до 1,1 МПа. Вода размывает породу и образует пульпу, которая самотеком по канавам, лоткам или под напором по трубопроводам перемещается в отвал (вскрышные породы) или к перерабатывающей установке (нерудные материалы). Песчано-гравийную пульпу можно подавать и непосредственно на эстакадный склад. Песок и гравий остаются на складе, а вода через отстойные пруды поступает в водоисточник.

Суженный конец гидромонитора снабжен насадкой диаметром 100...150 мм. Насадка делает струю воды сильной и сжатой. Гидромонитор может поворачиваться вокруг вертикальной оси на 360° и на некоторый угол отклоняется от горизонтальной плоскости.

Это дает возможность регулировать направление струи. Фронт работ на один монитор в рыхлых породах в среднем 25... 30 м. По мере разработки забоя мониторы перемещаются.

Возможны два варианта размещения мониторов в забое — на его подошве (встречный забой) и наверху (попутный забой).

Рис. 3.3.4. Добыча нерудных материалов гидромониторами: а —встречным забоем; б — попутным завоем; 1 — землесосная станция; 2 — пульповодная канавка; 3 — забой; 4 — гидромонитор; 5 — приемное устройство насосной станции

Первый вариант более производителен, так как позволяет создать вруб по подошве и вызвать тем самым обвал породы (рис. 3.3.4, а). Это особенно важно, так как высота уступа достигает 20...25 м. Чем больше рыхлость добываемых пород, тем она выше. Полученную пульпу транспортируют передвижными и самоходными землесосными установками, основой которых являются насосы с усиленными конструкциями корпуса и рабочего класса. Во избежание попадания крупных камней землесосы оборудуют камнеуловителями.

По сравнению с сухим способом добычи нерудных материалов гидромеханизация позволяет снизить удельные капитальные вложения примерно на 20...25%, себестоимость — не менее чем на 30...40% и сократить сроки строительства на 20...30%. Значительное снижение себестоимости продукции на гидромеханизированных предприятиях объясняется непрерывностью технологического процесса, сокращением численности обслуживающего персонала, попутной, без затрат промывкой песка и снижением амортизационных отчислений вследствие меньших удельных капитальных вложений.

Одним из вариантов гидромеханизации является разработка обводненных месторождений плавающими снарядами (землесосными, черпаковыми, грейферными), когда использование сухих способов добычи пород невозможно. Обычные землесосные снаряды, выпускаемые серийно для гидротехнического строительства, позволяют разрабатывать песчано-гравийные месторождения на глубине 15...18 м. При 10%-ной концентрации пульпы их производительность достигает 1000 м3/ч.

Если разрабатываемая порода содержит крупные куски, валуны, то землесосы использоваться не могут во избежание их поломки или засорения. Разработка таких месторождений должна производиться черпаковыми и грейферными снарядами.

Поиск по сайту: