Технологические комплексы добычи и переработки песчано-гравийных пород

Добыча песчано-гравийных пород и их переработка для получения гравия, щебня и песка, как правило, совмещены на одном предприятии, также как добыча и переработка (обработка) большинства других строительных горных пород.

В общем случае производство продукции из строительных горных пород включает процессы: добывание этих пород, перемещение их в цеха переработки, переработка, складирование и последующая отгрузка готовой продукции потребителям.

При разработке песчано-гравийных пород возможная степень совмещения указанных процессов, место переработки пород и состав комплексов оборудования зависят в основном от содержания и условий залегания в полезной толще крупнооб­ломочного материала (валунов и др.) и глинистых пород, степени обводненности месторождения, видов готовой продукции и требований к ней, мощности и срока службы карьера, а также числа близрасположеииых карьеров.

Наиболее полное совмещение процессов добычи и переработки достигается при разработке сухих и частично обводненных месторождений добычными экскаваторами в комплексе с передвижными забойными перерабатывающими установками (агрегатами) и при разработке полностью обводненных и подводных месторождений плавучими снарядами с добычным и перерабатывающим оборудованием. При отсутствии крупнообломочного материала (фракции+ 70 мм) для отделения песка и получения чистого гравия забойные агрегаты должны осуществлять грохочение с промывкой, а при наличии валунов — их дробление на щебень. Готовая продукция обычно отгружается в транспортные средства потребителей непосредственно или с промежуточным складированием на рабочей площадке, а отходы переработки (и песок при отсутствии потребителей) складируются в выработанном пространстве карьера.

При использовании полустационарных дробильно-сортировочных установок для выпуска готовой продукции перемещение к ним горной массы из забоя осуществляется автотранспортом или непосредственно одноковшовыми погрузчиками.

Результатом переработки песчано-гравийных пород на передвижных и полустационарных дробильно-сортировочных установках (крупное дробление и отдельные стадии сортировки) чаще является промежуточный продукт. Дальнейшее перемещение его к основному дробильно-сортировочному цеху целесообразно осуществлять конвейерным транспортом.

В настоящее время комплексы с передвижными дробильно-сортировочиыми установками (ПДСУ) для выпуска готовой продукции применяются на карьерах малой мощности (100-— 150 тыс. м³/год), в основном притрассовых. Недостаточно пока и применение передвижных и полустационарных дробильно-сортировочных установок для получения промпродукта.

В настоящее время при разработке сухих и частично обводненных песчано-гравийных месторождений наиболее распространена технология с переработкой полезного ископаемого в стационарных дробильно-сортировочных цехах (ДСЦ). Расстояние транспортирования песчано-гравийной массы обычно не превышает 2,5 км, но может возрастать при обслуживании одним ДСЦ нескольких карьеров (участков). При большом содержании в песчано-гравийной массе валунных фракций обычно применяется автомобильный транспорт (иногда желез­нодорожный), а при отсутствии или небольшом содержании валунов на ряде карьеров используется конвейерный транспорт.

Выемка и погрузка необводненных пород осуществляются в основном прямыми мехлопатами с ковшами емкостью 1,25 м³ и более. На забойный конвейер порода поступает через бункер-питатель. При залегании отдельными прослоями крупнообломочного материала, глинистых пород или загрязненной илистыми и глинистыми частицами песчано-гравийной смеси производится их раздельная выемка, как и части песчаных пород при отсутствии потребителя; в последнем случае целесообразно применение также специального самоходного агрегата для отсева песка. Экскаватором осуществляется и сортировка негабаритных валунных фракций: при автотранспорте — по ширине приемного отверстия дробилки, при конвейерном — по ширине конвейерной ленты; в последнем случае для увеличения производительности экскаватора отделение негабаритных валунов возможно на грохоте бункера-питателя с последующей укладкой валунов в штабель и отгрузкой в средства автотранспорта.

Частично обводненные песчано-гравийные породы при отсутствии водопонижения разрабатываются в основном драглайнами с укладкой в отвалы для обезвоживания (до естественной влажности) и последующей погрузкой в средства автотранспорта или на конвейер. При конвейерном транспорте возможно применение обезвоживающих бункеров-питателей, а также обезвоживающе-транспортирующих конвейеров, имеющих выпуклую форму в поперечном сечении. Для увеличения коэффициента наполнения используются перфорированные драглайновые ковши (пятистенные для увеличения высоты забоя).

Для разработки сухих и обводненных песчано-гравийных пород могут применяться также канатные скреперы и башенные экскаваторы.

Комплексы оборудования дробильно-сортировочных цехов включают щековую (ЩКД) и конусные (КСД и КМД) дробилки, вибрационные и инерционные наклонные грохоты для предварительного и промежуточного разделения фракций, оборудование для промывки фракций перед и после грохочения, обезвоживания гравийных и песчаных фракций и классификации песков. Схема дробления при раздельном выпуске щебня и гравия трехстадийная, а при их совместном выпуске — двухстадийная.

Система разработки песчано-гравийных месторождений — продольная или поперечная однобортовая, иногда веерная.

Необводненная часть толщи песчано-гравийных пород часто разрабатывается одним уступом. При мощной толще сухих пород и применении конвейерного транспорта для обеспечения безопасности ведения горных работ верхнюю часть высокого уступа (20 м и более) выполаживают до 35—40° с помощью вспомогательного драглайна со специальным рабочим органом, устанавливаемого на верхней площадке уступа.

При разработке частично обводненных песчаио-гравийных пород добычной уступ обычно разделяется на два подуступа (сухой и частично обводненный), отрабатываемые различными выемочными машинами. Высота нижнего подуступа при выемке драглайном с нижним черпанием из-под воды меньше глубины черпания экскаватора вследствие обрушения подводной и надводной частей забоя и необходимости передвижки драглайна. Потери полезного ископаемого увеличиваются с уменьшением в нем содержания фракций гравия.

Обводненные пойменные песчано-гравийные месторождения могут разрабатываться драглайнами после предварительного водопонижения с устройством дренажных траншей, что позволяет существенно увеличить высоту уступа (на величину понижения уровня грунтовых вод). Система разработки при этом поперечная, а дренажные траншеи проводятся перпендикулярно к разрезной траншее с попутной добычей полезного ископаемого. Разработка пойменных месторождений осуществляется в межпаводковый период года (8—10 мес). В паводковый период (с апреля по июль) обеспечение сырьем ДСЦ осуществляется из паводковых складов штабельного типа, сооружа­емых на незатапливаемых участках поймы; вместимость складов принимается равной четырехмесячной производительности ДСЦ. Повышению эффективности разработки пойменных ме­сторождений способствует улавливание (аккумуляция) наносов паводкового стока карьерными выработками с последующим использованием аккумулированных наносов в качестве сырья для ДСЦ. Эффективность наносоулавливания характеризуется коэффициентом аккумуляции, равным отношению аккумулиро­ванных наносов к первоначальному объему выработки; коэффициент аккумуляции возрастает с увеличением высоты и длины добычного уступа, а также при сглаживании русла реки перед и позади карьера и составляет 0,9—0,94.

Для экскаваторно-автомобильных добычных комплексов характерна отработка уступов сквозными продольными заходками-панелями или блоками неправильной формы. При экскаваторно-конвейерных добычных комплексах уступ отрабатывается сквозными продольными, поперечными или тупиковыми продольными заходками. Тип применяемых заходок, а также их ширина и число заходок в панели при работе мехлопат и драглайнов зависят от наличия перегружателя, его длины, длины разгрузочного конвейера бункера-питателя и параметров экскаваторов. Ширина добычных панелей увеличивается при использовании в качестве выемочно-погрузочного оборудования одноковшовых погрузчиков.

Ширина рабочих площадок добычных уступов определяется шириной панели и транспортной полосы, а также числом и размерами штабелей для обезвоживания, готовой продукции, промпродукта (с зазорами между штабелями).

Производительность комплексов добычного оборудования зависит от содержания и размеров крупнообломочного материала, степени селекции и межзабойного усреднения песчано-гравийной смеси, степени обводненности месторождения. В благоприятных условиях производительность комплексов достигает 300—400 тыс. м³ на 1 м³ емкости ковша экскаватора. Комплексы с плавучими снарядами широко применяются для подводной добычи песчано-гравийных пород, чаще в руслах рек. Используются плавучие снаряды с ковшовой цепью, грейферным ковшом и земснаряды. В ряде случаев на плавучих снарядах устанавливается перерабатывающее оборудование: виброгрохоты, корытные мойки, классификаторы, дробилки; отходы промывки складируются в выработанном пространстве акватории. Такие дражные комплексы с получением готовой продукции могут применяться при большой производительности предприятия. Чаще на плавучих снарядах устанавливают только грохоты (для отделения валунов, песка и валунов) или перерабатывающее оборудование отсутствует.

Плавучие снаряды с ковшовой цепью (серийно изготавливаемые землечерпалки с ковшами емкостью до 280 л) разрабатывают месторождения ниже уровня воды до 15 м, их производительность достигает 300 м³/ч; папильонирование обычно канатное. Такие снаряды могут применяться для разработки валунистых песчано-гравийных пород.

Грейферные плавучие снаряды со стрелой (поворотной или подъемной) или передвижной тележкой имеют ковш емкостью 1—5 м³; глубина черпания, определяемая канатоемкостью барабана, составляет 30—40 м. С увеличением глубины черпания от 10 до 20 и 30 м производительность грейферного снаряда уменьшается на 25 и 45 %. Такие снаряды могут иметь два грейферных ковша для одновременного производства вскрышных и добычных работ. Целесообразно применение грейферных снарядов при разработке песчано-гравийных пород с высоким содержанием гравия (30—70%)- Транспортирование песчано-гравийной массы или готовой продукции от плавучих снарядов осуществляется баржами, ленточными конвейерами или по пульповоду; последние монтируются на понтонах.

Основные параметры при разработке плавучими снарядами: мощность отрабатываемой подводной толщи (высота забоя), ширина забоя и заходок, длина фронта работ. Высота забоя определяется глубиной черпания снаряда. Ширина заходки и возможное направление его подвигания зависят от вида транспорта, типа плавучего снаряда и глубины разработки. При применении землечерпалок и земснарядов ширина забоя (заходки) определяется так же, как и для драг. Для грейферных снарядов при транспортировании горной массы на берег плавучим конвейером максимальная ширина заходки определяется суммированием длины плавучей бухты и расстояния между концами разгрузочного конвейера снаряда и грейферной стрелы; при переработке добытой массы на снаряде ширина заходки может быть в 2 раза больше. Размеры отрабатываемой площади зависят как от размера залежи, так и от условий судоходства.

Сезонная производительность комплексов с плавучими снарядами достигает 500 тыс. м³ и более при коэффициенте использования во времени около 0,5. Лимитирующим в большинстве случаев является транспортное звено, особенно при использовании барж.