Процессы производства щебня

Процессы производства щебня составляют общий технологический процесс добычи полезного ископаемого в забоях и транспортирования, его переработки, складирования и отгрузки готовой продукции потребителям.

Переработка строительных скальных пород на щебень представляет собой в общем случае совокупность технологических процессов дробления, грохочения (сортировки), обогащения и обезвоживания.

Дробление – важнейший и наиболее дорогостоящий процесс (40 – 60 % общих затрат на процесс переработки).

Грохочение – (сортировка) осуществляется просеиванием перерабатываемого материала через одно или несколько сит (решет) на специальных установках – грохотах. При грохочении материал делится на надрешетный (верхний) продукт и прошедший через отверстия решета подрешетный (нижний) продукт. Наибольший и наименьший размеры кусков соответственно подрешетного и надрешетного продуктов считают условно равными величине отверстий данных решет. Материал, прошедший через предыдущее решето и оставшийся на последующем решете, называется классом или фракцией (например, фракция 5 – 10 мм или класс 5 – 10 мм). Материал, поступающий на переработку, называют исходным.

Щебень, используемый в качестве заполнителя для бетона (железобетона), обычно очищается от загрезняемых примесей (включений глинистых, илистых и других частиц) в процессе обогащения.

Обезвоживание снижает смерзаемость мелких фракций после их промывки и улучшает условия транспортирования материала ленточными конвейерами.

Путь перемещения перерабатываемого материала в последовательных процессах переработки принято называть технологической схемой переработки.

Дробление пород оценивается степенью дробления i – отношение размера кусков D исходного материала к размеру зерен d дробленого продукта (i = D ; d), - которая показывает кратность уменьшения кусковатости материала после дробления. Требуемая степень дробления исходного материала при производстве высококачественного щебня в общем случае достигается последовательно в несколько стадий дробления на отдельных дробильных установках. В каждой стадии дробления обеспечивается получение продукта определенной (максимальной) степени кусковатости. Число стадий дробления определяется прежде всего характером полезного ископаемого, поступающего на первичное дробление, и требованиями к конечному продукту переработки. От правильно выбранного числа стадий дробления зависят количество и размер фракций производимого щебня.

Технология процессов переработки при производстве щебня позволяет после каждой стадии дробления либо получать готовую продукцию (полностью или частично), либо направлять весь получаемый продукт на грохочение или соответствующие обогатительные фабрики для разделения его по фракциям или прочности. Поэтому на практике иногда встречаются одностадийная схема дробления (рис. 30. 1, а). Однако более распространены двух- или трехстадийные схемы (рис. 30.1, б, в), реже применяются четырехстадийные.

Рисунок 30.1 Технологические схемы переработки при производстве щебня: а – одностадийная с открытым циклом; б, в – двух- и трехстадийная с замкнутым циклом; г – двухпоточная; д - комбинированная: І, ІІ, ІІІ – стадии дробления; 1 – грохочение; 2 – дробление; 3 – глиноотделение

Первая (первичная) стадия, или стадия крупного дробления, предусматривает обычное дробление исходного материала (поступающего из забоев карьера) до крупности 100 – 350 мм. Вторая (вторичная) стадия – мелкого дробления – крупностью 5 – 30 мм. При четырехстадийной схеме две первые стадии могут считаться стадиями крупного дробления, а две последующие – соответственно стадиями среднего и мелкого дробления.

Во всех вариантах, как правило, используются схемы с замкнутым циклом дробления (рис. 30.1, б, в, г, д ). В этом случае материал возвращается частично в агрегат для повторного дробления. После каждой последовательной стадии дробления материал подвергается грохочению, в процессе которого происходит его разделение по крупности.

При одностадийной схеме (см. рис. 30.1, а) материал проходит одну стадию дробления и грохочения, чаще с открытым (но иногда и замкнутым) циклом, после чего он поступает в виде готовой продукции на пункты приема (склады, бункера) для отгрузки потребителям. Такая схема используется обычно на карьерах малой производственной мощности (до 50 тыс. м³ щебня в год ), например притрассового типа (для дорожного строительства).

При двухстадийной схеме (см. рис. 30.1, б) надрешетный продукт первичного дробления направляется в дробилки вторичного дробления. Данная схема используется в основном на карьерах производственной мощностью до 200 – 400 тыс. м³ щебня в год, она обеспечивает производство щебня до четырех, преимущественно крупных фракций.

На карьерах средней и большой производственной мощности и для производства щебня преимущественно мелких фракций применяют трех- или четырехстадийное дробление. При этих схемах заключительная стадия дробления осуществляется в замкнутом цикле с грохотом (см. рис. 30.1, в), ячейки решет которого обеспечивают заданную крупность щебня.

В зависимости от качества разрабатываемых в карьере пород технологическая схема переработки может быть одно-двух поточной или комбинированной. Каждый поток включает законченный цикл технологических процессов переработки.

При однопоточной технологической схеме вся поступающая из карьера порода проходит через последовательные операции переработки в одном технологическом потоке (см. рис. 30.1, а, б, в). Такая схема используется при разработке месторождений однородных изверженных, метаморфических и осадочных карбонатных пород повышенной прочности при минимальном содержании или отсутствии слабых и глинистых включений.

При двухпоточной технологической схеме (см. рис. 30.1, г) переработка горных пород осуществляется в двух самостоятельных потоках с аналогичными процессами, операциями и обычно аналогичным оборудованием. Эта схема обеспечивает повышение производительности предприятия и надежность его работы, а также применяется разработке разнопрочных карбонатных пород, когда в одном из потоков можно выделить более прочные компоненты для производства щебня повышенной прочности.

При разработке сложноструктурных месторождений разнопрочных пород с повышенным содержанием слабых и глинистых включений часто применяют комбинированную технологическую схему (см. рис. 30.1, д ). Эта схема характеризуется наличием двух самостоятельных потоков в промежуточной части технологического процесса переработки, позволяет выпускать качественный щебень одного сорта.

3. Механизация процессов производства щебня

Доставляемое из карьеров полезное ископаемое разгружается в приемный буккер (железобетонный или металлический), откуда механическим питателем (обычно пластинчатого типа) подается непрерывно и равномерно порциями в первичную дробилку или на грохот (предварительное грохочение).

При доставке полезного ископаемого комбинированным транспортом с использованием конвейеров (например при автомобильно-конвейерном транспорте) необходим вынос узла первой стадии дробления непосредственно в карьер. Такие узлы могут быть полустационарными (на концентрационном горизонте) или передвижными. Во всех случаях узел первой стадии дробления размещают в стационарных целях. При одностадийной схеме продукт первой стадии дробления является готовой продукцией, а при многостадийных схемах продукт крупного дробления подвергается последующей переработке (повторное дробление, сортировка и т. д.). На карьерах, разрабатывающих прочные однородные изверженные породы (σсж < 80 МПа), или осадочные породы (σсж > 50 МПа), в малой степени загрязненные легкопромываемой глиной и песком (до 4 -6 %) при содержании слабых разностей до 12 %, полезное ископаемое подается непосредственно на первичную головную дробилку.

При разработке сложноструктурных карбонатных месторождений узел крупного дробления может включать две операции грохочения: предварительное (или вспомогательное) и подготовительное. Кроме того, на подобных предприятиях целесообразно включать и узел первой стадии дробления операцию выделения глинистых примесей между первой и второй операцией грохочения ( см. рис. 30.1, д ). В этом случае полезное ископаемое со значительным содержанием глинистых и слабых включений направляется на первую (вспомогательную) операцию грохочения, выполняемую на неподвижном колосниковом грохоте с размером щелей около 150 мм. Здесь полезное ископаемое разделяют на две части: надрешетный продукт (крупностью свыше 150 – 250 мм) поступает в первую дробилку, а подрешетный продукт после выделения глины – на вторую (подготовительную) операцию грохочения, при которой продукция разделяется на отходы (фракция 0 – 40 мм содержащие до 80 % слабых и загрязняющих включений), удаляемые в отвал, и полезный продукт (фракция 40 – 200 мм).

Таким образом, полезная продукция первой стадии дробления разделяется далее на два потока материала различной прочности (прошедшие первичное дробление и отсеянного только при помощи грохочения). Обычно стремятся сохранить эти потоки для раздельной переработки на последующей, второй стадии дробления. При этом используется комбинированная технологическая схема.

Дробилки первой стадии выбирают прежде всего по размеру ее зева, который должен обеспечить прием максимальных кусков полезного ископаемого. После этого проверяют соответствие производительности дробилки поступающему из карьера грузопотоку.

Первая стадия дробления при производстве щебня из пород прочностью до 300 – 350 МПа осуществляется, как правило в щековых дробилках, которые широко применяют ввиду простоты их конструкции. Малые их модели используют также и на второй стадии дробления. Увеличение производительности дробления достигается установкой двух параллельных дробилок. При большем числе щековых дробилок резко усложняются транспортная схема узла вторичного дробления и поэтому целесообразнее их замена конусной дробилкой среднего дробления. Размеры разгрузочных отверстий серийно выпускаемых щековых дробилок позволяют подавать в них куски породы размером от 200 до 1000 мм, а изменение ширины выпускной щели – менять их производительность и зерновой состав раздробленного материала.

Выбор дробилок второй и последующих стадий дробления зависит от характера разрабатываемых пород. При прочих абразивных породах широко применяют конусные дробилки. Основное отличие конусной дробилки от щековой – непрерывность операции дробления и разгрузки, значительно увеличивающаяся производительность машины, а также равномерность дробления.

Выпускают конусные дробилки для крупного, среднего и мелкого дробления. Дробилки первого типа высокопроизводительны, но весьма сложны, вследствии чего на предприятиях по производству щебня они используются редко. Наибольшее распространение получили конусные дробилки среднего дробления типа КСД, применяемые обычно на второй его стадии.

Третья и четвертая стадия дробления при получении мелких заполнителей для бетона осуществляется с использованием конусных дробилок мелкого дробления типа КМД. При четырехстадийном дроблении на второй стадии для вторичного крупного дробления применяют обычно щековые или роторные дробилки (при карбонатных породах). Дробление неабразивных карбонатных пород (при σсж до 120 МПа) осуществляется в роторных или молотковых дробилках. При породах средней и ниже средней прочности с загрязняющими примесями (в первую очередь глинами) применяют молотковые или валковые дробилки.

В процессе переработки используют три вида грохочения (см. рис. 30.1): предварительное, промежуточное и окончательное.

Предварительное грохочение (выделение отдельных фракций перед дроблением) может осуществляться при всех стадиях дробления. В результате образуются два потока, направляемые на следующие стадии переработки: надрешетный продукт (крупные фракции) и подрешетный продукт.

Предварительное грохочение перед первой стадией дробления целесообразно при переработке любых строительных пород содержащих более 20 % кусков, размер которых меньше ширины выпускной щели первичной дробилки, а также при наличии включений глинистых и слабых пород . При этом часто используют неподвижные колосниковые грохоты, а в отдельных случаях (для повышения эффективности грохочения) – вибрационные колосниковые грохоты.

Предварительное грохочение перед второй и последующими стадиями дробления, осуществляется на вибрационных и эксцентриковых грохотах и называемое промежуточным грохочением, применяют практически всегда для повышения производительности дробилок и снижения объема переизмельченной породы.

Окончательное грохочение заключается в разделении раздробленного материала на фракции заданной крупности (получение готовой продукции).

Для получения продукции высокого качества, особенно при содержании загрязняющей примеси исходном сырье, используют различные методы обогащения. Наиболее простым, но громоздким и недостаточно экономичным методом очистки щебня, гравия и песка от глинистых, пылевидных или илистых частиц является промывка. При производстве высококачественных заполнителей для бетона промывке подлежат и прочные изверженные, метаморфические и осадочные породы без включений глины. В этом случае промывка производится при окончательной сортировке продукции по заданным фракциям, например на плоских грохотах; при этом вода под давлением до 0.3 МПа подается на всю поверхность верхнего сита грохота или по перфорированным трубам. Наибольшее распространение для промывки материала крупностью до 80 мм получили корытные мойки. Промывка дробленых пород крупностью 350 мм, содержащих включения глины с коэффициентом пластичности Кп 10 – 15 в количестве не более 5 %, может производится в барабанных грохотах. Для труднопромываемых пород крупностью до 150 мм, содержание включений тяжелой вязкой глины при Кп > 10 – 15 в количестве свыше 10 %, используются специальные машины (скруббероы). Промывка гравия и песка производится в вибро- или корытных мойках, песка - в пескомойках и классификаторах, где он одновременно разделяется по классам.

Перспективными являются специальные методы обогащения, обеспечивающие повышение качества выпускаемой продукции при разработке месторождений строительных горных пород с большим содержанием глины: методы, на различии в плотности прочных и слабых зерен обогащаемого материала (например, обогащение в тяжелых средах); обогащение по упругости и трению и др. Такие методы используются в других отраслях горно-добывающей промышленности (угольной, горнорудной) и за рубежом. Перспективны акустические методы обогащения.

4. Транспортирование, складирование и отгрузка щебня

Доставка материала в пределах цехов переработки, а также к складам, бункерам и отвалам осуществляется внутрицеховым транспортом – в основном при помощи питателей, ленточных конвейеров, ковшевых элеваторов, устройств самотечного транспорта (течки, лотки, воронки и т. д.). Питатели используют для подачи породы из приемного буккера в узел первичного дробления ( в дробилку или на грохот). Ленточные конвейеры применяют для перемещения материала после первой стадии дробления. Самотечный транспорт обычно используют для удаления материала из-под грохотов и моек.

Производство щебня завершается складированием и отгрузкой готовой продукции.

Склады разделяются на расходные и резервные. Расходные склады предназначены для непосредственной отгрузки готовой продукции в транспортные средства. Резервные склады устраивают обычно для каждой фракции отдельно, используют для хранения продукции в течении определенного периода (например в зимнее время при сезонном режиме работе карьера).

Для складирования щебня используют склады открытого (конусные и штабельные) и закрытого (бункерные и полубункерные) типа.

Конусный склад образуется в результате отсыпки щебня с конвейера, установленного на эстакаде или в наклонной галерее. В ряде случаев для подъема материала используют несколько конвейеров, отсыпающих соответствующее число конусов различных фракций. При этом конусы разделяют невысокими перегородками. Склады такого типа (рис. 30.2, а) обеспечивают возможность отгрузки отдельных фракций или определенные их смеси. Конусные склады отличаются простотой и экономичны в эксплуатации. Однако они имеют ограниченную вместимость, так как высота всех открытых складов не превышает 15 м для уменьшения отходов от измельчения и крошения продукции при загрузочно-разгрузочных операциях.

На мощных предприятиях в качестве резервных используют штабельные склады (рис. 30.2, б), вместимость которых значительно больше, чем конусных. Штабельные склады также отсыпают ленточными, а в ряде случаев консольно-поворотными конвейерами (рис. 30.2, в).

Для размещения отходов применяют открытые склады – бульдозерные отвалы.

Закрытые склады используются при повышенных требованиях к качеству готовой продукции и для складирования щебня мелких фракций.

Бункерные склады состоят из погрузочных бункеров (рис. 30.2, г). В зависимости от конструкции днища и выпускных устройств различают бункера односкатные и двухскатные с боковой и центральной разгрузкой. Доставка готовой продукции в бункера и распределение ее по длине бункера производится стационарными конвейерами. При буккерных складах обеспечивается высокая производительность погрузки, они удобны в эксплуатации, в них лучше сохраняется качество материала, чем в открытых складах. Однако такие склады применяются лишь на предприятиях средней и большой производственной мощности (0.5 – 1 млн. м³ щебня в год и более) для высококачественного щебня мелких фракций. В последнее время бункерные склады (типа силосных) стали использовать для хранения известняковой сельскохозяйственной муки, производимой при комплексном использовании сырья на карьерах.

Полубункерные склады (рис. 30.2, д ) представляют собой комбинацию открытого и закрытого складов. Их применяют для складирования щебня мелких фракций.

При выборе типа склада учитывают его необходимую емкость, режим работы предприятия, характер готовой продукции, климатические условия и другие факторы. Целесообразная вместимость склада на предприятии, выпускающем четыре-шесть фракций готовой продукции при круглосуточном режиме работ:

производственная мощность вместимость склада,

предприятия по готовой тыс. ( м³ суток работы)

продукции, тыс. м³/год

200 10 – 11 (15 – 17)

400 14 – 16 ( 10 – 12)

600 14 – 16 (6 – 7)

1200 25 (7)

Отгрузка готовой продукции на современных складах производится с помощью конвейеров, экскаваторов, погрузчиков, из буккеров.

Конвейерная отгрузка ( рис. 30.2, е) наиболее экономичная, обеспечивает возможность усреднения качества и может быть использована при любых фракциях щебня (гравия) и круглосуточном режиме работы предприятия.

Рисунок 30.2 Схемы складов щебеночных карьеров: а, б – конусного и штабельного типов; в – с консольно-поворотным конвейером; г, д - бункерного и полубункерного типов; е – с отгрузкой продукции конвейером; 1 – ленточные конвейеры; 2 – лотковый вибропитатель; 3 – затвор

Экскаваторная отгрузка применяется в случаях когда сооружение дорогостоящих подштабельных галерей нецелесообразно (например, при сезонном режиме работы предприятия) либо невозможно ( при неблагоприятных гидрогеологических, климатических и других условиях). Недостатками погрузки экскаваторами или погрузчиком является измельчение и загрязнение готовой продукции.

Бункерная отгрузка осуществляется обычно одновременно через несколько течек, оборудованных загрузочными механизмами (лотками затворами или вибропитателями. Продолжительность бункерной загрузки зависит от характера готовой продукции, формы бункера, размера и числа выпускных отверстий. Например, продолжительность загрузки полувагона 60 т через четыре течки составляет 3 – 5 мин.

5. Механические способы подготовки к выемке естественного камня

Сохранение физико-механических свойств и декоративности, а также достижение определенных размеров и формы камня возможны при использовании специальных методов и средств направленного отделения блоков или штучного камня от массива, обеспечивающих концентрацию критических напряжений строго в необходимых плоскостях раскола или реза. Применение взрывчатых веществ при добычи блоков не рекомендуется, так как это приводит к появлению трещин в массиве и нарушению его пластичности.

При механическом (безвзрывном) отделении крупных монолитов камня от массива используются буроклиновой способ, терморезаки, канатные пилы, ченнелеры и буроклиновой способ; крупные монолиты затем разделяют на товарные блоки. Для непосредственного отделения стенового камня или облицовочных блоков применяют камнерезные машины (таблица 30.1).

Таблица 30.1 Способы подготовки к выемке блоков естественного камня

В настоящее время на ряде гранитных карьеров внедрена термическая резка для отделения монолитов от массива (рис. 30.3). Производительность газоструйных камнерезных машин составляет 1 – 2 м²/ч. Преимуществами их применения является увеличение выхода блоков в 1.5 – 2 раза по сравнению с выходом их при буровзрывном способе, улучшение качества блоков, сокращение затрат ручного труда и увеличение производительности камнетесов.

При буроклиновом способе подготовка блоков к выемке состоит из двух взаимосвязанных процессов: бурение рядов сближенных шпуров в вертикальном и наклонном направлениях по принятым плоскостям; последующего клинового откола камня.

При разделке гранитных монолитов на кондиционные блоки шпуры диаметром 20 – 40 мм бурят на глубину 80 – 100 мм, расстояние между шпурами 0.05 – 0.1 м. В шпуры вставляют простые или сложные (состоящие из двух щечек и собственного клина) клинья.

При разработке мраморных месторождений шпуры бурят на всю высоту или ширину блока. Расстояние между ними составляет 0.2 – 0.2 м в зависимости от способности мрамора к расколу и размеров добываемых блоков, на 1 м³ горной массы бурят до 6 – 10 шпуров. Производительность труда бурильщика при бурении горизонтальных шпуров составляет 25 – 35 м/смену. Производительность труда рабочего по отколу 2 – 3 м³/ч. Суммарная производительность труда рабочего по производству готовых блоков 0.2 – 0.6 м³/смену, трудоемкость работ при этом равна 1.7 – 5 чел-смен/м³.

Достоинства буроклинового способа подготовки мраморных блоков: простота, максимальное использование природных трещин, возможность применения в сложных горно-геологических условиях и отбойки блоков любого размера и любой прочности. Недостатки: большой удельный вес ручного труда, низкая производительность труда высокие себестоимость блоков и трудоемкость работ, сложность обеспечения безопасности работ. В зарубежной практике при буроклиновом способе подготовки блоков широко используются вертикальные, горизонтальные и наклонные каретки и станки колонкового бурения.

Чаще всего буроклиновой способ применяют в сочетании со взрывным способом отбойки монолитов, с канатными пилами и другими способами.

Перспективным в направленном отколе блоков от массива или от крупных монолитов является применение закладных клиньев с гидравлическим приводом. Концентрация напряжений в необходимой плоскости и направленный откол блоков возможны только при групповой синхронной работе нескольких гидроклиньев ( рис. 30.3). Использование таких клиньев позволяет увеличить расстояние между шпурами до 0.3 – 0.4 м, что значительно сокращает объем выполняемых буровых работ и повышает производительность труда рабочих.

Рисунок 30.3 Схема гидроклиновой установки:

1 – насос; 2 – измерительная аппаратура; 3 – золотниковый распределитель; 4 – шланг; 5 – закладные гидроклинья; 6 – породный блок

Канатные пилы (рис. 30.4) различных конструкций являются основным средством направленного отделения мраморных блоков от массива и монолитов. Процесс пиления осуществляется за счет абразивного действия кварцевого песка, непрерывно подаваемого с водой в забой. Производительность канатных установок составляет 1.2 – 1.5 м³/ч. Достоинства канатных пил: простота конструкции и обслуживания, получение блоков необходимого размера и правильной формы, относительно небольшая энергоемкость пропила. Недостатки: сложность работы, снижение эффективности при наличии твердых включений и повышенной трещиноватости массива, большой объем горно-подготовительных работ.

Ударно-врубовые машины (ченнелеры) широко применяются на мраморных карьеров США, Канады, Франции и Испании. Машины могут производить вертикальные, наклонные, реже горизонтальные врубы. Рабочим органом этих камнерезных машин является комплект долот, которым сообщается возвратно-поступательное движение. При перемещении ченнелера по рельсам долота наносят удары по горной породе, разрушают ее и образуют врубовую щель шириной до 50 – 60 мм и глубиной до 6 м.

Рисунок 30.4 Схема канатной пилы:

1 – приводная станция; 2 – направляющие шкивы; 3 – пильные стойки; 4 – канат; 5 – натяжное устройство

Организация работ при работе ченнелеров предусматривает проведение вертикальных или наклонных врубов ( в зависимости от трещиноватости или слоистости полезной толщи) на значительной площади кровли разрабатываемого слоя. Затем проводят разрезную траншею и производят горизонтальную отбойку нарезанных челеннерами блоков (чаще всего буроклиновым способом), подготовляя таким способом к выемке весь слой. Производительность ченнелеров составляет 0.8 – 1.2 м³/ч или 5 – 8 м²/смену. Ударно-врубовые машины имеют относительно высокую производительность при прочном мраморе, дают возможность получать блоки рациональных размеров. Недостатки их применения: увеличенная ширина вруба, большая энергоемкость разрушения, возможное нарушение прочности камня из-за большой энергии одиночного удара. Применение ченнелеров рекомендуется при их производительности не менее 5 м²/смену на карьерах мощностью до 1000 – 1500 м³ блоков в год.

Камнерезные машины разделяются на дисковые, баровые и с кольцевой фрезой. Выбор типа камнерезной машины определяется главным образом прочностью горной породы, потребными размерами продукции и выбранной технологией вырезки камня.

Подготовка пильного камня к выемке включает три операции (рис. 30.5): нарезку поперечных пропилов (1); горизонтальный пропил на длину заходки (2) и нарезку затылочного пропила и отделение камня от массива по всей длине заходки (3).

Рисунок 30.5 Схема очередности (1 – 3) пропилов при работе камнерезных машин

Дисковые машины применяют для резания камня с пределом прочности при сжатии σсж = 1÷25 МПа, машины с цепными барами – при σсж = 1 ÷ 10 МПа, камнерезные машины с кольцевыми фрезами – при σсж = 5 ÷ 120 МПа.

При использовании дисковых пил максимальная глубина пропила (м) определяется из выражения

h = 0.5(D – d), (30.1) где D – диаметр диска, м; d – диаметр фланца, м.

Чтобы избежать трения фланца о породу, необходимо принимать h = 0,4D, что составляет 0,3 – 0,5 м. Производительность камнерезных машин, оснащенных дисковыми пилами, равна 4 – 20 м³/ч (рис. 30.6). Преимущества камнерезных машин с дисковыми пилами заключается в простоте конструкции, надежности эксплуатации, обеспечения минимальной толщины пропила. Недостаток дисковых пил – малый коэффициент использования корпуса диска по диаметру.

Рисунок 30.6 Камнерезная машина СМ-89А

Для увеличения коэффициента использования длины рабочего органа и добычи крупных блоков стенового камня на карьерах применяют камнерезные машины с кольцевыми фрезами. У этих машин использование рабочего органа по диаметру составляет 65 -75 %. Кольцевые фрезы обеспечивают глубину пропила до 1025 мм. Для добычи крупных стеновых блоков с пределом прочности при сжатии до 40 МПа в основном применяется машина СМ-580А (рис. 30.7), имеющая производительность по горной массе 4 – 12 м³/ч.

Машина СМ-177А (рис. 30.8) предназначена для вырезки крупных блоков мрамора, мраморизированного известняка и других сходных с ними горных пород. Эксплуатационная производительность машин на мраморе – от 6 до 20 м² пропила в смену. Степень механизации процесса подготовки блоков к выемке составляет 60 – 70 %. Достоинства машины СМ-177А: надежность эксплуатации, высокая производительность при резании прочного мрамора (σсж 120 МПа), правильная форма и ровные поверхности вырезаемых блоков. Недостатки: ограниченные размеры блока по ширине и высоте, значительные потери мрамора из-за ширины пропила 34 – 36 мм, снижение выхода блоков при развитой системе трещин.

Рисунок 30.7 Камнерезная машина с кольцевыми фрезами СМ-580А

Модификация машины СМ-177А является камнерезная машина СМ-428, которая применяется в основном для подрезки мрамора при планировки кровли пласта, т. е. для производства работ по скальным вскрышным породам. Она обеспечивает монолитность нижележащего массива.

При добыче крупных блоков известняка и мрамора широко распространен алмазный инструмент. В Бельгии и Франции эффективно используются камнерезные машины, оснащенные алмазными сегментными отрезными кругами диаметром 2.5 – 3.0 м. Алмазные отрезные круги диаметром 0.5 – 0.8 м широкое применение получили в США, где ими оснащаются малогабаритные добычные камнерезные машины, а также в Австралии при разработке песчаника. Использование таких машин целесообразно при разработке месторождений осадочных, метаморфических и изверженных горных пород с σсж ≤ 100 – 120 МПа. По сравнению с камнерезной машины СМ-177А, оснащенные алмазным инструментом, имеют следующие основные преимущества: производительность труда рабочих увеличивается в 2.5 раза, затраты на создание щелевого пропила и потери полезного ископаемого на пропил сокращаются в 2 раза, повышается качество поверхностных граней вырезаемых блоков.

Для подготовки к выемке крупных блоков применяются также камнерезные машины с цепными (баровыми) режущими органами. Использование длины рабочего органа при этом составляет 85 – 90 %.

Типичной машиной подобного рода является двухбарабанная камнерезная машина КМАЗ-188, которую обычно применяют при прочности камня 4 -5 МПа; при этом производительность ее не превышает 1 - 2 м³/ч по горной массе. Камнерезная машина КБЦ-3а (рис. 30.8) вырезает блоки размером 1 м, производительность ее в смену доходит до 18 м³.

Рисунок 30.8 Схема универсальной камнерезной машины СМ-177А:

1 и 3 – соответственно нижняя и верхняя тележки; 2 – катки; 4 – электродвигатели;

5 – редукторы; 6 – опорный вал; 7, 8 и 13 соответственно поперечная продольная и горизонтальная фрезы; 9 – направляющие ролики; 10 – тросы; 11 – лебедки; 12 – муфты; 14 – ведущая шестерня; 15 – рельсы

На ряде карьеров облицовочного известняка и мрамора (Бельгия, Франция, Италия) распространены машины, оснащенные тонкими барами (толщиной 25 – 30 мм) с твердосплавными резцами. Производительность таких машин на мраморовидном известняке составляет 5 м² вруба в час при стойкости инструмента 1000 – 1200 м² пропила.

Рисунок 30.8 Схема камнерезной баровой машины КЦБ-3а:

1- бар; 2 – цепь; 3 – звездочка; 4 – электродвигатель; 5 – колонка; 6 – трос; 7 – кронштейн; 8 – ролики; 9 – колесо; 10 – ручка; 11 – лебедка; 12 – головка; 13 – бачок с водой; 14 – твердосплавные пластинки; 15 - планки

К достоинствам камнерезных машин с цепными режущими органами относятся: малые размеры и масса, маневренность в забое, относительно небольшая энергоемкость резания, возможность осуществления глубоких пропилов, Вместе с тем этому типу режущего органа свойственен ряд недостатков, основными из которых являются быстрый износ (вследствии большого числа подвижных звеньев) и наличие больших динамических нагрузок. Конструктивно цепные фрезы значительно сложнее дисковых пил.

6. Производственные процессы добывания камня

Месторождения естественного камня, как правило, залегают в благоприятных горно-геологических условиях, на небольшой глубине от поверхности. Вместе с тем разработка таких месторождений характеризуется специфическими особенностями.

1. Наличие определенных закономерностей в строении добываемого камня, изменение его прочности в различных направлениях с в расположении трещин обуславливает выбор технологических схем и параметров процессов применительно к элементам залегания и направлению облегченного раскола или распила камня.

2. Сохранение физико-механических свойств и декоративности разрабатываемых горных пород, а также достижение определенных размеров и формы камня возможно при использовании специальных методов и средств направленного разрушения породы, обеспечивающих концентрацию критических напряжений строго в необходимых плоскостях раскола или среза.

3. Отбойка наиболее ценных блоков крупных размеров и большой массы (10 т и выше) требует проведение подготовительных, выемочных, погрузочных и транспортно-складских процессов с тяжелыми неделимыми грузами.

4. Относительно небольшая мощность карьеров, малая высота уступов и часто нерегламентированные отметки горизонтов обуславливают специфику всех производственных процессов, начиная от подготовке к выемке и кончая транспортированием.

5. Получение из массива наряду с блоками или штучным камнем горной массы (отходов), объем которых часто превышает в несколько раз количество добываемой основной продукции, требует организации работ по погрузке и транспортированию отходов и решения вопроса об их использовании; часто это имеет решающее значение для рентабельной работы карьера.

6. Малые допуски к размерам добываемых блоков требуют строгого соблюдения размеров и направлений выемки в пространстве.

7. Разнообразие возможных специальных методов и средств направления отделения (отбойка) камня от массива и большая трудоемкость требуют тщательного выбора наиболее рационального способа отбойки для данных конкретных условий, что резко уменьшает и объем некондиционной продукции.

В зависимости от вида горных пород, их физико-механических свойств, минералогического и химического составов и от показателей, характеризующих условия залегания месторождений, определяют технологию работ по подготовке горных пород к выемке, выемке, погрузке и транспортирование гонной массы, а также варианты обеспечения горных