CC BY
23
© А.Ю. Чсбан, 2013
УДК 622.02 А.Ю. Чебан
О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ПОСЛОЙНО-ПОЛОСОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЦЕМЕНТНОГО СЫРЬЯ В ДАЛЬНЕВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ
Обобщены данные по техническим показателям фрезерных комбайнов, разрабатывающих месторождения цементного сырья. Приведены результаты расчета сравнительных технико-экономических показателей добычных работ при переходе Лондоковского месторождения известняков на разработку по послойно-полосовой технологии в сравнении с традиционной технологией. Ключевые слова: послойно-полосовые технологии, карьерный комбайн, цементное сырье, известняк, прочность, производительность.
Месторождения цементного сырья представлены скальными и полускальными породами, массовая выемка которых экскаваторами без применения буровзрывных работ (БВР) невозможна. В настоящее время на многих месторождениях ведущих добычу сырья для цементной промышленности ведение БВР ограничено или полностью невозможно по различным причинам (приближение фронта работ к зданиям или объектам инфраструктуры и т.п.). Кроме того, разупрочнение скальных и полускальных горных пород с помощью БВР имеет ряд недостатков, а именно: необходимость временного прекращения работ и отвода техники и людей на безопасное расстояние перед проведением взрыва; нарушение сплошности массива пород, что отрицательно влияет на устойчивость борта карьера и требует его дополнительного выполаживания; высок выход негабаритов, что ведет к дополнительным затратам при ведении вы-емочно-погрузочных работ (вторичное взрывание или использование бу-тобоев); невозможность использования непрерывного транспорта (без
предварительного крупного дробления) для перемещения добытой породы; выброс продуктов горения взрывчатых веществ ухудшает экологическую ситуацию в месте проведения работ (особенно при массовом взрыве).
Совершенствование горной техники позволяет разрушать породы средней прочности без применения БВР [1]. В последние десятилетия широкое распространение получили карьерные комбайны, обеспечивающие безвзрывное отделение породы от массива ее дробление и погрузку в транспорт с достаточно высокой производительностью [2, 3]. Карьерные комбайны производятся на заводах «Wirtgen», «Кгирр», «MAN Takraf», «Vermeer» и некоторых других фирм. Рабочий орган карьерного комбайна может быть фрезерного или роторного типа. Карьерные комбайны фирм «Wirtgen», «MAN Takraf» и «Vermeer» имеют рабочий орган фрезерного типа, а комбайны «Кшрр» - рабочий орган роторного типа. Машины с фрезерным рабочим органом успешно разрабатывают достаточно крепкие породы, обеспечивая высокую техническую производительность.
Рис. 1. Графики зависимости эксплуатационной производительности карьерных комбайнов ^хтЬдеп от предела прочности породы на сжатие: а - модель 2100БМ; б - модель 2600БМ; в - модель 2200БМ; г - модель 2500БМ
Таблица 1
Технические характеристики карьерных комбайнов ШМдеп
Марка комбайна Масса М, т Мощность N кВт Ширина фрезерования В, мм Глубина фрезеро-ва-ния Н, мм Удельная энеговоору-женность ^В, кВт/м Удельная масса М/В, кВт/т
2100БМ 33,0 403 2100 0.250 192 15,7
2600БМ 45,0 559 2600 0.250 215 17,3
2200БМ 47,7 597 2200 0.350 271 21,7
2500БМ 100,5 783 2500 0.600 313 40,2
При использовании карьерных комбайнов добыча цементного сырья производится по послойно-полосовой технологии. Карьерный комбайн в отличие от одноковшовых или многоковшовых экскаваторов, работающих на месте с незначительными пере-
движками, постоянно перемещается с достаточно большой скоростью (до 15... 30 м/мин). Фрезерование породы происходит при прямолинейном движении, при разворотах комбайн поднимает рабочий орган и двигается в холостом режиме. Поскольку ком-
ы
О bi
L- „
CLCQ 1» ^ = 7
л
5
350
280
210
140
7(1
! '
1 " / / / /
-и*' 2
40
32
24
со
I
0
2IOOSM 2600SM 2200SM 2500SM Модели карьерных комбайнов
Рис. 2. Графики удельных технических характеристик карьерных комбайнов ^хтЬдеп: 1 - удельная энерговооруженность, кВт/м; 2 - удельная масса, т/м
байн достаточно громоздкий, то его перемещение с одной полосы (забоя) на другую занимает значительную часть рабочего времени (до 10...25 %), следовательно, наибольшую производительность карьерные комбайны обеспечивают на больших по длине забоях, где относительные потери времени на маневрирование минимальны.
На добыче цементного сырья карьерные комбайны активно используются в США, Индии, Италии, Австрии, России, Украине и многих других странах. В России в основном применяют карьерные комбайны фирмы Wirtgen. К настоящему времени большое количество горных комбайнов Wirtgen Surface Miner работают на добыче цементного сырья и гипса на карьерах, расположенных в десятках странах мира. В России фрезерные комбайны заняты разработкой сырья для цементной промышленности на Кувмогорском, Со-кольско-Систовском, Пятковском, Джегутинском и ряде других карьеров. После обобщения результатов эксплуатации горных комбайнов на карьерах мира были выявлены зависимости эксплуатационной произво-
дительности этих машин от предела прочности пород (известняки, мергели, гипс) на сжатие [4] (рис. 1).
Из графиков видно, что с увеличением предела прочности породы производительность горных комбайнов снижается, при этом комбайны более крупного типоразмера могут работать на более прочных породах. Это объясняется наличием значительно больших удельных усилий на рабочем органе. Основные технические характеристики рассматриваемых карьерных комбайнов представлены в табл. 1 [2, 5].
Первые модели карьерных комбайнов Wirtgen (2100SM, 2600SM) были ориентированы, прежде всего, на разработку месторождений каменного угля, однако в связи с распространением послойно-полосовых технологий на отработку других типов полезных ископаемых, в частности месторождений строительных материалов, имеющих значительно более высокие прочностные характеристики чем каменный уголь, выявились некоторые недостатки данных комбайнов, а именно, недостаточные удельная энерговооруженность, глубина фрезерования и масса. Новые модели комбайнов (2200SM и 2500SM) характеризуются возросшей массой и удельной энерговооруженностью (рис. 2).
Например, у модели 2100SM масса M равнялась 33,0 тоннам, а удельные энерговооруженность N/B и масса M/B (на один метр ширины фрезерования) составляли соответственно
192 кВт/м и 15,7 т/м. У комбайна 2200БМ массой 47,7т соответствующие показатели равны: 271кВт/м и 27,7 т/м. Таким образом, при увеличении ширины фрезерования с 2,1 м до 2,2 м (менее чем на 5 %), масса комбайна была увеличена на 44,5 %, а мощность двигателя N на 48,1 %. В этом случае удельная энерговооруженность машины возросла на 41,1 %, а удельная масса увеличилась на 38,2 %. Характеристики нового комбайна 2500БМ в сравнении с моделью 2600БМ увеличились еще более значительно. Улучшенные технические характеристики новых комбайнов значительно повысили производительность и позволили начать эффективно разрабатывать более прочные горные породы.
На Дальнем Востоке работают три крупных предприятия по производству цемента, расположенные в Приморском крае, Республике Саха (Якутия) и в Еврейской автономной области (ЕАО). Доля Дальневосточного федерального округа (ДВФО) в общероссийской структуре производства цемента в 2009-2011 гг. составляла 3,6-4,0 %, однако в связи с реализацией различных федеральных и региональных программ потребление цемента в ДВФО находилось на достаточно высоком уровне и значительно превосходило его производство. Так в 2010 году разница между производством и потреблением цемента в округе достигала 0,3 млн т [6], что составило около 17 % собственного производства. Разница компенсировалась поставками из других регионов России или импортным цементом. Значительную долю привозного цемента можно объяснить большими расстояниями между заводами производителями и потребителями, когда экономически более целесообразно
приобрести цемент в соседнем федеральном округе или за границей. Кроме того, в ряде случаев стоимость цемента местных производителей по причине повышенной энергоемкости устаревших технологий производства, высокой стоимости энергии и транспортных тарифов может оказаться выше средних мировых цен на цемент.
ОАО «Теплоозерский цементный завод» (расположен в Облученском районе ЕАО) в качестве исходного сырья для производства портланд-цементного клинкера использует известняки, разрабатываемые им на Дондоковском месторождении. Добываемый на месторождении известняк (более 600 тыс. т в год) используется также для производст-ва известняковой муки, извести строительной воздушной кальциевой, щебня известнякового технологического и щебня для строительных работ. Добываемый на Дондоковском месторождении известняк, а именно на участках «Сопка I» и «Сопка II» характеризуется следующими физико-механическими свойствами: прочность на сжатие до 60 МПа; категория крепости - 8; морозостойкость -МРЗ - 100, 200; плотность 2,32 т/м3. Подготовка породы к выемке осуществляется с помощью буровзрывных работ, ведущихся сторонней организацией. Погрузка полезного ископаемого в автосамосвалы Volvo FM грузоподъемностью 25 т производится экскаватором ЭКГ-5А. Дальность транспортировки породы на завод составляет 3 км.
Для снижения эксплуатационных затрат на ведение добычных работ, что в итоге скажется на окончательной цене продукции и повысит ее конкурентоспособность, целесообразно перейти на разработку Дон-доковского месторождения извест-
Таблица 2
Расчет эксплуатационных расходов по вариантам технологий горных работ при разработке Ёондоковского известнякового месторождения
Показатели (вид работ) Эксплуатационные расходы, руб./т
Вариант 1 Вариант 2
Буровзрывные работы 82,0 -
Выемочно-погрузочные работы 14,1 49,5
Транспортирование 24,6 24,6
Вспомогательные работы 3,9 3,9
Итого: 124,6 78,0
няка по послойно-полосовой технологии. С учетом физико-механических свойств известняка и плановой производительности Теплоозерского цементного завода рационально будет применить карьерный комбайн Ш1г1-деп 2200БМ. При прочности известняка до 60МПа можно ожидать эксплуатационной производительности комбайна до 170-210т/ч, что полностью удовлетворит производственные потребности предприятия. Применение карьерного комбайна позволит: отказаться от проведения буровзрывных работ; выровнять рабочие площадки и транспортные коммуникации; снизить динамические нагрузки на конструкцию самосвала при его загрузке и обеспечить более полное заполнение его кузова.
Автором проведено технико-экономическое сравнение двух вариантов технологий разработки: буровзрывные работы - экскаватор - автосамосвал; карьерный комбайн - автосамосвал.
После определения общих эксплуатационных затрат на ведение добычных работ, были рассчитаны удельные показатели расходов на единицу продукции по видам работ (стоимость буровзрывных работ принята по данным подрядного договора со сторонней организацией (стоимость БВР равна 82 руб/т)). Результаты расчетов приведены в табл. 2. Для упрощения расчетов принято,
что эксплуатационные затраты на ведение транспортных и вспомогательных работ для обоих вариантов равны.
Таким образом, эксплуатационные затраты на единицу добычных работ с использованием буро-взрывных работ равны 124,6 руб./т, а при использовании карьерного комбайна затраты 78,0 руб./т, следовательно эксплуатационные затраты на добычу сырья снизятся на 37,4 %. В результате, годовая экономия эксплуатационных расходов при переходе на вторую технологию может составить около 28 млн руб. С учетом рассчитанных технико-экономических показателей затраты на переход ко второй технологии окупятся в течение 2,8 года (без учета стоимости высвободившегося оборудования). В случае перехода карьера на двухсменный режим работы затраты окупятся в течение полутора лет. Чистый дисконтированный доход при внедрении послойно-полосовой технологии составит 44,5 млн руб., а индекс доходности проекта составит 2,47.
Широкое использование горнодобывающими предприятиями карьерных комбайнов на добыче цементного сырья, как во всем мире, так и в России, обусловлено снижением эксплуатационных затрат на добычные работы и повышением качества минеральной продукции за счет селективной выемки сырья. Следует отметить, что
значительная часть карбонатных месторождений Дальнего Востока сложена породами, характеристики которых изменяются по мощности и площади залежи. В связи с этим, не-
1. Буткевич Г. Р. Взрывные и безвзрывные способы разрушения скальных пород на карьерах // Строительные материалы. 2011. №2. С. 33-34.
2 Панкевич Ю.Б., Шимм Б. Использование карьерных комбайнов фирмы деп при безвзрывной разработке скальных пород в строительстве // Горная промышленность. 1999. №1. С. 18-21.
3. Шемякин С.А., Чебан А.Ю., Клигу-нов Е.С. Повышение эффективности послойно-полосовой технологии открытых горных работ с применением выемочных машин фрезерного типа и скреперов // Горный журнал. 2003. №4-5. С. 48-50.
4. Чебан А.Ю., Шемякин С.А. Сравнительные характеристики выемочных машин непрерывного действия на откры-
обходимость в применении карьерных комбайнов на Дальневосточных месторождениях цементного сырья и некоторых других полезных ископаемых давно назрела.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
тых горных работах // Проблемы комплексного освоения георесурсов: материалы IV Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых (Хабаровск, 27-29 сентября 2011г.) В 2т. - Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 2011. -Т.1. - С. 160-164.
5. Пихлер М., Панкевич Ю.Б. Комбайны Wirtgen Surface Miner на открытых горных работах: История развития, масштабы применения и перспективы расширения // Горная промышленность. 2009. №2. С. 54-57.
6. Семенов А.А. Ситуация на российском рынке цемента: развитие производственной базы, перспективы, проблемы // Строительные материалы. 2011. №3. С. 60-62. 5333
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Чебан А.Ю. - кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории "Проблем освоения месторождений открытым способом", Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск, chebanay@mail.ru
ГОРНАЯ КНИГА
Прогнозирование землетрясений с номошью измерений концентраций и нотока радона на земной новерхности
E.H. Камнев, А.О. Сизова, A.B. Касаткин, Т.С. Самородова 2012 г. 36 с.
ISBN: 978-5-98672-329-7 UDK: 550.34:539.1
Описывается один из методов прогнозирования землетрясений, а именно — прогноз путем измерения слабых потоков радона на земной поверхности. Обосновывается идея взаимосвязи «внезапного» увеличения концентрации радона в пробах почвенного воздуха и усиления потока этого газа с «готовящимся» землетрясением в недрах земли. Приводится статистика этой взаимосвязи на примере зарегистрированных землетрясений.
Рекомендуемая аппаратура для регистрации потоков радона включает в себя радоноиз-мерительный комплекс «КАМЕРА» и радиометр «Поиск».
gfe АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
