CC BY
82
© Е.А. Кононенко, A.A. Садыков, 2015
УДК 622.271.6
Е.А. Кононенко, А.А. Садыков
ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ НА КАРЬЕРЕ КАЛИНИНГРАДСКОГО ЯНТАРНОГО КОМБИНАТА
Рассмотрены особенности современного состояния горных работ на карьере Калининградского янтарного комбината и предложены основные принципы формирования концепции его реконструкции. Ключевые слова: горные работы, Калининградский янтарный комбинат, карьер, концепция реконструкции.
В недрах Калининградской области находится около 90% всех разведанных мировых запасов янтаря — ценнейшего поделочного и ювелирного камня. Пласт полезного ископаемого — «голубая земля», по составу является суглинком или супесью и содержит янтарь. Он залегает горизонтально, средняя мощность на поле карьера - 6,1 м. Вскрышные породы разрабатываются двумя уступами. Второй вскрышной уступ разрабатывается двумя экскаваторами ЭШ-10/70 и ЭШ-11/70 по усложненной бестранспортной схеме с укладкой пород в выработанное пространство.
Гидромеханизированная технология на карьере Калининградского Янтарного комбината применяется для отработки первого вскрышного уступа и для ведения добычных работ. Существующая в настоящее время структура гидрокомплекса карьера показана на рис. 1. Ее анализ позволил уточнить особенности горнотехнических условий карьера и степень влияния на смежные производственные процессы, окружающую среду, недостатки и направления совершенствования. Вот краткие выводы.
Процесс водоснабжения гидромониторно-землесосного комплекса карьера осуществляется путем забора воды из Балтийского моря водяными насосами Д4000-95, 22НДС и Д2000-100, которые по магистральному водоводу подает ее для повышения давления на последовательно соединенные насосы Д4000-95 и 22НДС, а потом в забой, к гидромониторам.
От магистрального водовода, до повышающих давление насосов второй ступени, запитана обогатительная установка. На данном этапе анализа не будем анализировать режимы работы основного оборудования систем водоснабжения. Сейчас важно понять принцип функционирования принятой технологии и организацию работы.
Берег Балтийского моря Рис. 1. Существующая структура гидрокомплекса карьера КЯК
Следует отметить, что за использование ресурса - воды Балтийского моря осуществляется соответствующая плата. При этом система карьерного водоотлива, ежесуточный приток которой в среднем составляет 24 тыс. м3 в сутки, также требует затрат за сброс технологической воды.
Процесс пульпоприготовления, т.е. смешивание породы с водой на вскрышных работах осуществляется гидромониторами ГМН-350 и ГМН-250 с дистанционным управлением. Физико-механическими свойствами горных пород, которые влияют на параметры и эффективность гидромеханизации, являются: категория пород, плотность, пористость и гранулометрический состав. Характеристики горных пород 1-го вскрышного уступа, разрабатываемого способом гидромеханизации, приведены в табл. 1.
Анализ их физико-механических свойств показывает, что они относятся к IV и V группе песчано-гравелистых грунтов со значительной примесью глин, суглинков и супесей (до 40%) по
классификации пород ..... Фактический напор воды перед
гидромонитором сейчас составляет всего 1,2 МПа. Он определяет существующий удельный расход воды - 11,2 м3/м3 [1]. По существующим нормам для таких пород требуется напор на насадке гидромонитора 1,4-1,6 МПа, что обеспечит удельный расход воды 8 м3/м .
Таблица 1
Характеристика горных пород 1-го вскрышного уступа
№ Параметры Четвертичные отложения (1-й уступ)
п/п валунные глины песчано-гравийно-галечные отложения песчаные глины пески
1 Содержание, % 50 25—27 5-6 16-18
2 Гранулометрический состав, фракции, мм:
— 10-2 1,9 69,1 - 1,56-5,6
— 2-0,05 24-50 25,9 0,4-4,12 87-95
— 0,05 -0,005 37-38 5,0 66,6-68 4,7-8,1
<0,005 9-15 - 28-32 2,2
3 Пористость, % 25-26 - 42 -
4 Плотность, г/см3 - 2,65-2,68 2,67-2,68 2,65
Рис. 2. Экскаваторное рыхление янтароносного пласта перед гидромониторным размывом
При разработке полезного ископаемого приготовление гидросмеси производится иначе. Сначала экскаватор ЭШ-6/45, который установлен на кровле разрабатываемого пласта полезного ископаемого, производит выемку и укладку разрыхленной породы («голубой земли») на кровлю пласта, а потом гидромонитор ГМН-250 осуществляет размыв породного конуса (рис. 2). Гидросмесь самотеком стекает в забойный зумпф.
Шириной добычной заходки примерно 50 м, средняя толщина стружки составляет порядка 11 см, а шаг передвижки экскаватора - 25 м.
Процесс гидротранспортирования при разработке вскрыши - напорный по трубопроводу, в основном используются грунтовые насосы 20ГрУТ-8м. Сравнительно недавно, по требованиям карьера для разработки песчано-гравийных пород с включением валунов, был изготовлен специальный грунтовый насос с увеличенными проходными сечениями и подачей до 4000 м3/ч.
Гидротранспортирование «голубой земли» происходит в две стадии. Вначале из забойного зумпфа землесос ЗГМ-2М осуществляет подъем гидросмеси на 28 м по трубопроводу диаметром 530 мм, длиной 1000 - 1600 м на узел обогащения. После выделения янтаря хвосты обогащения транспортируются в пляжную зону Балтийского моря и там укладываются в хво-стохранилище.
Следует отметить, что проходные сечения землесоса ЗГМ-2М составляют примерно 180 мм. Это приводит к повреждению крупных, уникальных и дорогостоящих
Рис. 3. Характерные повреждения кусков янтаря (рис. 3). янтаря во время добычи
С целью исключения потерь применяют ручной вылов сачком тех кусков янтаря, которые в результате пульпоприготовления оказались отмыты от вмещающей их породы и вспыли на поверхность потока плотной гидросмеси в пульповодной канаве или в забойном зумпфе (рис. 4).
Заключительный процесс гидромеханизированной технологии - гидроотвалооб-разование, т.е. укладка пород и водоотведение. Как было сказано выше, гидросмесь «голубой земли» от обогатительной установки транспортируются на берег Балтийского моря и укладываются в хвостохранилище. Под действием гравитации порода оседает, а осветленная вода сбрасывается в Балтийское море.
Гидросмесь вскрышных пород, от гидромониторно-землесосных установок так же транспортируется по трубопроводам в пляжную зону Балтийского моря и намывается на берег моря с целью формирования и укрепления дамбы хвосто-хранилища. При этом не осветленная вода попадает Балтийское море.
Следует отметить, что характерным явлением в этом регионе является абразия берегов Балтийского моря. Если не поддерживать дамбу хвостохранилища за счет намыва вскрышных пород, в море, в случае размыва мелкодисперсных хвостов обогащения, произойдет экологическая катастрофа.
Подводя итог вышесказанному еще раз, акцентируя главные особенности объекта, перечислим факторы, которые, на наш взгляд, негативно влияют на результаты работы предприятия:
— прямоточная схема водоснабжения из Балтийского моря и вытекающий из этого возможный экологический и экономический ущерб;
— местоположение хвостохранилища - в пляжной зоне Балтийского моря (рис. 5);
Рис. 4. Ручная выборка крупных кусков янтаря в зумпфе землесоса
— наличие в контурах карьера выработанного пространства, размер которого в настоящее время составляет порядка 1000x2000 м;
— сравнительно большой приток вод карьерного водоотлива (в среднем 24 тыс. м3 в сутки) и фактически платная их утилизация без использования в интересах предприятия;
— добыча только одного вида минерального сырья - янтаря при наличии глау-конитово-кварцевых песков с гравийными зернами кварца и желваков фосфоритов, валунов и значительных включений янтаря во вскрыше;
— использование устаревших методов добычи янтаря, которые приводят к
измельчению его наиболее крупных и дорогостоящих фракций;
Именно эти особенности, на наш взгляд, выделены из массы других, так как они определяют необходимость технической реконструкции предприятия, ее концепцию и цели. Так что же необходимо сделать?
Первое. Предотвратить экологическую катастрофу. Хво-стохранилище на берегу, в пляжной зоне Балтийского моря -это угроза экологической катастрофы. Если понятие «абразия» (разрушение берега волнами и прибоем) многим не знакомо, то, практически всему местному населению хорошо известно, что в районе п. Янтарный происходит интенсивный размыв пляжа и берега. Дамба хвостохранилища давно была бы размыта, если прекратился намыв вскрышных пород, которые разрабатываются средствами гидромеханизации. При этом существующий способ намыва несовершенен, приводит к замут-нению воды Балтийского моря, а предприятие вынуждено
Рис. 5. Хвостохранилише на берегу Балтийского моря
Рис. 6. Выработанное пространство карьера
производить выплаты за негативное воздействие на окружающую среду. Если представить ситуацию, что гидросмесь прекратят намывать на пляж (например, в результате отработки всех объемов вскрыше, которые находятся в контурах карьера, либо, применив автотранспорт и внутреннее отвалооб-разование), а также при чрезмерно мощном шторме, дамбы будут размыты и голубая земля попадет в море. Будет международный скандал, т.к. рядом Польша, Германия и Прибалтийские республики бывшего СССР. Кто будет расплачиваться за это? Тот, кто уложил в опасном месте свои отходы производства вряд ли. Средств не хватит, будет расплачиваться государство, налогоплательщики. Вывод напрашивается однозначный - необходимо переуложить хвосты в новое хранилище, место которому в выработанном пространстве карьера. При этом в процессе переукладки следует реализовать технологию выделения глауконита, а вырученные средства сократят издержки предприятия. Главное - перемещение хвостохранилища исключает саму угрозу техногенной катастрофы.
Второе. Необходима реконструкция схемы системы водоснабжения, которая должна включать пруд-накопитель, для аккумулирования воды карьерного водоотлива, а насосная станция из Балтийского моря должна производить только его подпитку. Не будем сейчас разъяснять все преимущества такой схемы - они очевидны. Однако этого не достаточно. В пруд-накопитель должна возвращаться вода с берега, высвобождающаяся при намыве гидросмеси вскрышных пород на дамбу хвостохранилища, что исключит попадание не осветленной воды в Балтийское море.
Третье. Это направление совершенствования способа разработки данного месторождения базируется на двух взаимосвязанных принципах: освоения выработанного пространства карьера и комплексного использования ресурсов недр. Прежде всего, в выработанном пространстве следует сформировать новое экологически безопасное хвостохранилище. Дамбы обвалования следует намывать из гидросмеси вскрышных пород, что само по себе сокращает затраты из-за уменьшения расстояния транспортирования гидросмеси. Учитывая наличие во вскрышных породах кварцевых песков с гравийными зернами кварца и валунов, а также включений янтаря, целесообраз-
ность осуществить их извлечение. Эти технологии должны быть реализованы в процессе ведения горных работ по добыче янтаря, вне связи с процессом переукладки хвостохранилища.
Комплексное использование всех минеральных ресурсов в полной мере будет легче осуществить только при расположении всех объектов внутри контуров карьера, т.к. вскрышные породы, включающие песок, гравий и валуны не потребуются на берегу Балтийского моря после переноса хвосто-хранилища.
Технология выделения глауконита из хвостов обогащения в условиях Янтарного комбината была разработана и апробирована на опытно-промышленной установке еще 25 лет назад, а задачу добычи песка и гравия также можно считать решенной.
Четвертое. Решить вопрос о щадящей технологии добычи янтаря. Апробировать и внедрить новые методы добычи янтаря и транспортирования гидросмеси на обогатительную установку. Исследования показали, что потери качества (ценности) янтаря вследствие его дробления происходят в результате его разрушения ковшом экскаватора при выемке из забоя и при размыве разрыхленной драглайном «голубой земли» гидромонитором, но наибольшие потери - дробление колесом землесоса при всасывании гидросмеси и в пульповоде в процессе гидротранспортирования. Прежде всего, необходимо изменить способ и условия гидротранспортирования или замену технических средств на другие гидротранспортирующие устройства. Можно предположить, что другой способ добычи, например, с использованием виброакустической промывочно-классифици-рующей машины (ВПКМ), разработанной в МГГУ. Она осуществляет одновременно промывку, классификацию и обезвоживание руды, гравия, песка и других сыпучих материалов. Установка такой машины в забойном зумпфе позволила бы извлечь из гидросмеси крупную фракцию твердого — янтарь и гравий, а остальную породу в виде гидросмеси транспортировать на обогатительную установку.
Таким образом, становится ясно, что требуется серьезная реконструкция карьера Калининградского янтарного комбината. Ее основа — научное обоснование проекта ведения горных работ, которое должен базироваться на четырех изложенных выше концептуальных принципах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кононенко Е.А., Мишин Ю.М. Концепция реконструкции карьера Калининградского янтарного комбината. М., «Маркшейдерия и недропользование», № 4, 2013, С. 61-64. Е2Э
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Кононенко Евгений Андреевич — доктор технических наук, профессор, а1коп393@ yandex.ru, Садыков Артур Алексович — аспирант,
Национальный исследовательский технический университет «МИСиС» (НИТУ «МИСиС» Горный институт).
А
UDC 622.271.6
THE CONCEPT OF RECONSTRUCTION OF THE OPENCAST MINING OF THE KALININGRAD AMBER INDUSTRIAL COMPLEX
Kononenko E.A., doctor of technical Sciences, profes-SOR, alkon393@ yandex. ru, National research technological University «MISIS» (MISIS Mining Institute), Russia,
Sadykov A.A., graduate, National research technological University «MISIS» (MISIS Mining Institute), Russia.
This article describes the features of the current status of mining operations on the opencast mining of the Kaliningrad amber industrial complex and proposed basic principles of forming the concept of its reconstruction.
Key words: mining, the Kaliningrad amber industrial complex, opencast mining, the concept of reconstruction.
