Технологические комплексы производства щебня

Производство щебня составляет общий технологический процесс — добыча полезного ископаемого в забоях, дробление, сортировка, обогащение, складирование и отгрузка готовой продукции потребителям. Комплексы включают оборудование всего технологического потока — от забоев до складов готовой продукции.

При небольших запасах, отрабатываемых карьерами небольшой мощности (до 200—400 тыс. м³/год) или временными карьерами (например, притрассовыми при производстве дорожно-строительных материалов), комплексы могут включать пере­движные дробильно-сортировочные установки (ПДСУ) и легкое маневренное малогабаритное добычное оборудование: пневмоударные буровые станки, одноковшовые погрузчики, бульдозеры, экскаваторы с ковшом емкостью до 2—3 м³ и автосамо­свалы грузоподъемностью 7, 12 и 27 т.

При запасах 10—25 млн. м³ и более обычно строят карьеры соответственно средней (400— 1000 тыс. м³/год) и большой (более 1 млн. м³/год) мощности с переработкой добываемого в карьере полезного ископаемого в стационарных дробильно-сортировочных цехах и на крупных дробильно-обогатительных фабриках (ДОФ). Выбор рационального добычного оборудования этих карьеров зависит в основном от их мощности, качества полезного ископаемого и расстояния его транспортирования к ДСП или ДОФ.

Наиболее качественный щебень получается из прочных изверженных пород (гранит, базальт и др.). Однако большая потребность в щебне для строительных и дорожных работ часто обусловливает необходимость использования для его производства различных осадочных пород (песчаников и карбонатных типа известняков и доломитов) месторождений, расположенных вблизи потребителей.

Наиболее распространены в настоящее время на щебеночных карьерах (независимо от прочности и структуры разрабатываемых пород) комплексы оборудования ЭАР с использованием станков пневмоударного бурения, карьерно-строительных экскаваторов (Е=1,25м³) и автосамосвалов грузоподъемностью 10—27 т. Применение таких комплексов в основном рационально в карьерах средней мощности при разработке однородных пород, а также пород с горизонтальной слоистостью при мощности слоев не менее 4—5 м и расстоянии транспортирования к ДСЦ до 2,5—3 км. При легковзрываемых породах в качестве выемочно-погрузочных средств могут использоваться одноковшовые погрузчики, которые при расстоянии перемещения к ДСЦ или перегрузочному пункту не более 0,5—0,7 км могут работать и как выемочно-транспортирующие машины.

На мощных карьерах при валовой разработке пород раци­ональны комплексы ЭАР с шарошечными буровыми станками, мехлопатами карьерного типа (Е=3,2÷8 м³) и автосамосвалами грузоподъемностью от 27 до 75 т, а при больших расстоя­ниях транспортирования до ДОФ — комплексы с железнодорожным транспортом. Применение комплексов с конвейерным или автомобильно-коивейерным транспортом при валовой разработке неабразивных карбонатных пород позволяет существенно сократить расстояние перемещения полезного ископаемого до ДОФ (в основном на нагорных карьерах), увеличить производительность экскаваторов, сократить объем перемещаемой на ДОФ горной массы (до 20—30%) за счет оставления отходов (мелочи) в карьере и обеспечить непрерывность технологического процесса переработки.

Большинство месторождений карбонатных пород — сложно-структурные, представленные маломощными (0,5—1,5 м) горизонтальными и наклонными слоями пород различной прочности. При взрывании карбонатных пород на дробление происходит переизмельчение и перемешивание пород продуктивных слоев высокой прочности со слабыми и глинистыми прослойками, снижается также прочность карбонатных пород вследствие «пережога» их в зоне расположения заряда ВВ. В то же время технологические возможности при механических методах переработки породы (дробление, сортировка) весьма ограниченны. В результате при валовой подготовке слоистых карбонатных пород взрыванием количество отходов на щебеночных карьерах достигает 40—50 % и щебень выпускается преимущественно низкой прочности (марки 200, 300, иногда 400), несмотря на наличие в полезной толще до 25—30 % пород, из которых мо­жет быть получен продукт более высоких марок. Раздельная выемка пород разной прочности при валовой их подготовке, даже при взрывании в зажатой среде, обусловливает необхо­димость сложной экскаваторной сортировки, которая возможна только при визуально различимых породах при мощности их слоев не менее 4—5 м.

Поэтому более рациональны раздельная подготовка карбонатных пород (П_р до 5—6) тонкими слоями выемки без применения взрывных работ, а более прочных (П_р до 10) —комбинированным способом, при котором предварительное ослабление массива осуществляется взрывом на встряхивание (по расширенной сетке скважинных зарядов ВВ). Далее производится послойная выемка и отгрузка разрыхленных пород.

Комплексы добычного оборудования при раздельной разработке карбонатных пород включают: звено подготовки к выемке— навесные механические рыхлителиили дополнительно буровые станки; звено выемки и погрузки — одноковшовые погрузчики или бульдозеры и экскаваторы; транспортное звено — чаше всего автосамосвалы.

В результате выделения прочных разностей пород непосредственно в забоях карьера при такой технологии повышается сортность щебня, увеличивается его выход, уменьшаются объемы транспортируемой для переработки горной массы и ее кусковатость, что позволяет в отдельных случаях не производить первичного (крупного) дробления в цехах переработки.

Комплексы оборудования переработки пород на щебень включают:

щековые (реже конусные) дробилки (ЩКД и ККД), нормальноконусные (КОД) и короткоконусные (КМД) дробилки соответственно для крупного, среднего и мелкого трехстадийного дробления абразивных пород типа гранитов, базальтов и песчаников; такие же или дробилки ударного действия (молотковые и роторные) —при неабразивных осадочных породах;

грохоты (инерционные и вибрационные) для предварительного грохочения перед отдельными стадиями дробления, отбора загрязняющей мелочи, сортировки рядового щебня (0—70 и 0—40 мм) на товарные фракции с выделением фракции 0— 5 мм, промывки и обезвоживания щебня;

спиральные или многокамерные гидравлические классификаторы при дешламации отходов дробления крупностью 0— 5 мм с выделением и обезвоживанием песчаных фракций 0,15— 5 мм;

моечное оборудование (скрубберы, бичевые и корытные мойки) для промывки пород перед второй стадией дробления и перед сортировкой щебня на товарные фракции при наличии труднопромывистой глины;

оборудование для обогащения методами отсадки или разделения в тяжелых суспензиях при переработке карбонатных пород с содержанием слабых разностей более 20 %;

питатели (пластинчатые, вибрационные, качающиеся) для подачи горной массы в дробилки и равномерной загрузки остального оборудования.

Системы разработки при использовании комплексов с автотранспортом чаще всего продольные, поперечные или кольцевые. Выбор системы разработки зависит в основном от требуемой длины и возможной кривизны фронта работ, его положения относительно направления слоистости массива и поступления подземных вод па обводненных месторождениях.

При валовой подготовке пород к выемке панели добычных уступов отрабатываются обычно продольными заходками по развалу взорванной породы. Выемка производится торцовым или фронтальным забоем — по условиям усреднения или раздельной выемки.

При раздельной разработке карбонатных пород разной прочности осуществляются раздельные подготовка и выемка тонких (0,3—0,5 м и более) горизонтальных или наклонных (до 25°) слоев в зависимости от направления слоистости массива. Заходки обычно продольные и по длине разделяются на рабочие блоки, в пределах каждого из которых поочередно производятся взрывание пород на сотрясение (при П_р>5-т-6) и механическое рыхление, выемка, погрузка. Выемка горизонтальных слоев производится забоем-площадкой, а наклонных — фронтальным или торцовым забоем.

При использовании в качестве выемочного и погрузочного оборудования соответственно бульдозеров и мехлопат после выемки порода перемещается бульдозером в штабель, из которого экскаватором ее грузят в транспортные средства. Бульдозерное и рыхлительное оборудование навешивается на одном тракторном тягаче, что позволяет попеременно выполнять процессы подготовки и выемки одним агрегатом, а промежуточное штабелирование горной массы обеспечивает достижение высокой технической и эксплуатационной производительности погрузочного экскаватора и требуемого качества полезного ископаемого.

При бульдозерной выемке забоем-площадкой в продольной заходке угол фронтального откоса уступа принимается, как и обычно, по условиям его устойчивости, а при применении погрузчика фронтальный или торцовый откос уступа выполаживается, что позволяет использовать погрузчик и в качестве погрузочной машины. Наиболее эффективна работа погрузчиков фронтальным забоемс выемкой и перемещением породы под уклон. Выемка торцовым забоем в продольных заходках, а также забоем-площадкой и продольным забоем в поперечных заходках, обусловливающая жесткую взаимосвязь подготовки, выемки и погрузки пород, рациональна в отдельных случаях — при ограниченной длине карьера, складировании части пород в выработанном пространстве, для уменьшения угла откоса рабочего борта карьера.

Рассмотренная технология раздельной разработки возможна и для ряда сложноструктурных угольных месторождений с маломощными горизонтальными или пологими пластами.

Высокая производительность экскаватора, отсутствие траншейного вскрытия уступов, уменьшение ширины рабочих площадок и расстоянии транспортирования горной массы достигаются при бульдозерной перевалке пород на нижние уступы. Горная масса (обычно взорванные породы) может переваливаться с одного или нескольких уступов на транспортный горизонт нижнего уступа, где она экскаватором отгружается в транспортные средства. Такая бульдозерная перевалка применяется иногда на маломощных нагорных карьерах. Возможна также безэкскаваторная погрузка горной массы — бульдозерами в автосамосвалы через бункерные перегружатели.

Высота добычного уступа при валовой выемке определяется мощностью однородных слоев или параметрами экскаватора. При раздельной выемке забоем-площадкой возможная высота уступа с нормальным фронтальным откосом зависит от устойчивости его и в скальных карбонатных породах может достигать 15—20 м и более. При выемке породы погрузчиком фронтальным забоем (наклонными слоями) или забоем-площадкой при выположеином откосе уступа с дальнейшей погрузкой по­роды в автосамосвалы рациональная высота уступа зависит от его угла откоса, а также мощности слоев выемки и составляет 5—10 м. Высокая производительность не только рыхли­теля-бульдозера, по и экскаватора достигается при бульдозер­ной выемке наклонными слоями со штабелированием породы при обеспечении рациональной высоты уступа. Она обычно составляет б—15 м, при этом высота штабеля изменяется от 3,5 до 5 м, а его ширина — от 6 до 9 м.

Ширина панели уступа Ш_п при валовой разработке опреде­ляется числом рядов взрывных скважин n_р (n_р=1÷5). При разработке уступа наклонными слоями Ш_n=t или Ш_П=Σt (t — мощность слоя выемки). Производительность рыхлителей-бульдозеров и погрузчиков при разработке горизонтальными тонкими слоями зависит от величины Ш_п. Рациональная ширина панели уступа 20—35 м и 30—60 м при погрузке породы соответственно на уровне почвы и рыхлимого слоя уступа.

Минимальная длина блока панели (экскаваторного блока) при валовой разработке с использованием комплекса оборудования ЭАР равна 70—100 м. При раздельной разработке длина блока панели (на один комплекс добычного оборудования) зависит от числа и длины рабочих блоков (75—150 м).

Ширина рабочих площадок уступов определяется суммой размеров составляющих ее полос и существенно увеличивается при раздельной разработке из-за большой ширины панелей уступа, выполаскивания его откоса и размещения штабеля.

Качественная комплектация добычного оборудования определяется соответствием его по параметрам и производительности.

По данным ГипроНИИнеруда рациональная грузоподъемность автосамосвалов на щебеночных и песчано-гравийных карьерах при расстояниях транспортирования 1,5—2,5 км составляет:

Необходимо выдерживать соответстваие между типоразмерами применяемых экскаваторов и дробилок:

Эксплуатационную производительность добычного комплекса оборудования могут лимитировать: приемная способность разгрузочного пункта, т.е. производительность начального звена цеха переработки; производительность транспортного звена (чаще при валовой разработке); эффективная производительность экскаватора или его плановые простои — при раздельной выемке и усреднении полезного ископаемого; эффективная производительность погрузчиков — при использовании их в качестве выемочно-транспортирующих машин, а также при погрузке в автосамосвалы при большой ширине панели и высоте уступа; эффективная производительность бульдозеров — при большой ширине панели и высоте уступа соответственно при выемке забоем-площадкой и фронтальным забоем.

Выбор типа комплекса добычного оборудования, его качественную и количественную комплектацию, как следует из предыдущего, целесообразно осуществлять с учетом не только выполнения требуемого объема добычи, но и качества породы.