Обоснование эффективного взаимодействия камнедобычного и камнераспиловочного оборудования при производстве слэбов из прочных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

---------------------------------- © Е.В. Птичников, М.А. Калинин,

2004

УДК 622.232

Е.В. Птичников, М.А. Калинин

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КАМНЕДОБЫЧНОГО И КАМНЕРАСПИЛОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЛЭБОВ ИЗ ПРОЧНЫХ ПОРОД

Среди стран СНГ и стран дальнего зарубежья Россия занимает одно из первых мест по минерально-сырьевым ресурсам облицовочного камня.

Среднегодовой уровень добычи блоков облицовочного камня в Российской Федерации составляет около 230 тыс. м3. [1].

Рынок природного камня в России в последние годы имеет тенденцию к интеграции камнедобывающих и камнеобрабатывающих предприятий. Карьеры в данном случае имеют постоянный сбыт своей продукции, а перерабатывающие предприятия обеспечиваются собственной сырьевой базой, дающей возможность выполнять крупные заказы в сжатые сроки. Кроме того, такое взаимодействие позволяет камнеобрабатывающему предприятию получать блочное сырье с такими геометрическими размерами и формой, которая удовлетворяет оборудованию, применяемому для переработки данных блоков, а также снизить себестоимость изготовления продукции.

Вопрос взаимодействия технологических схем ведения добычных работ и переработки сырья, а также взаимодействия оборудования должен учитывать следующие аспекты:

• применение на карьерах, добывающих природный камень таких технологий и оборудования, которые бы позволяли с максимальной эффективностью использовать камнераспиловочное оборудование, получая, таким образом, минимально возможную себестоимость полуфабриката (слебов) и готовой продукции.

1. Влияние геометрической формы блоков на эффективность процесса переработки

В настоящее время на отечественных карьерах природного камня ведущую роль занимают бурораскалывающие технологии (буро-

взрывные, буроклиновые) отделения монолита природного камня от массива.

Буровзрывной способ подготовки блоков к выемке является одним из самых распространенных способов и широко используется на карьерах природного камня, в основном при добыче прочных пород. Взрывные работы оказывают отрицательное действие на отделяемый от массива монолит. При этом зона нарушения монолитности природного камня распространяется на 10-15 см [2] при использовании шпурового способа взрывной подготовки блоков к выемке.

Механические способы отделения блоков от массива являются более щадящими по сравнению с буровзрывными способами. Это способы дают возможность сохранить монолитность, а также получить блоки более правильной геометрической формы. Среди механических способов применяющихся на отечественных карьерах можно выделить: клиновые способы (гидроклиновые), обуривание массива, использование невзрывчатых разрушающих смесей или составов (НРС).

Плоскости блоков, получаемые при данных способах ведения добычных работ, получаются неровными со следами шпурового инструмента на них.

Авторами был произведен анализ правильности геометрических размеров блоков, полученных при разработке гранитного карьера месторождения «Калгуваара» (Республика Карелия), добытых в период 2003 года. Произведена выборка из 116 блоков 1 группы (свыше 5 м3) и 30 блоков 2 группы (от 3 до 5 м3). Результаты сведены в табл. 1.

Таким образом, объем ставки сформированный из 2-х блоков может варьироваться от

Объем блоков Геометрические размеры блоков (Д хШхВ), м Средние размеры блоков (описанный прям. пар-пед), м Размеры выступов и впадин, м

боковые грани верхняя грань

1 группа (свыше 5 м3) от 2,0 до 3,2 2,8 - -

от 1,7 до 2,25 1,8 0,1 - 0,2 -

от 1,3 до 2,0 1,7 - 0,1-0,15

2 группа (от 3 до 5м3) от 1,7 до 2,7 2,1 - -

от 1,1 до 2,0 1,5 0,1 - 0,2 -

от 0,8 до 1,3 1,0 - 0,1-0,15

ширина (максимальные размеры) блока соответственно, м; В В В - толщина

5 5 плит ’ пил ’ проп

необходимых слебов, толщина штрипсовых пил и толщина пропилов соответственно, м;

Н*, - высоту выступов на верхней поверхности блоков, м; Ш" - высота выступов на боковых поверхностях блоков, м.

Из приведенных формул видно, что производительность рамных распиловочных станков прямо пропорциональна объему заполнения ставки. Неполная загрузка рабочего пространства станка снижает максимально возможную производительность распиловочного оборудования наполовину.

Например, при производстве слебов толщиной 30 мм выход продукции из 1 м3 сырья (выход продукции - показатель аналогичный производительности, не учитывающий временя, затраченное на производство продукции) составляет 23,3415 м2/м3 [5] при максимально возможной загрузки рабочего пространства станка. При неполной загрузки выход готовой продукции снижается до 12-14 м2/м3 за один и тот же период времени, затраченной на распиловку 1 м3 сырья.

Для более полного заполнения подрамного пространства распиловочного станка на камнеобрабатывающем предприятии производится, как было уже сказано ранее, дополнительная операция пассировки блоков. Данная операция может выполняться на следующем оборудовании:

• однодисковый станок с обрезным сегментным кругом диаметром 3 500 мм;

• многодисковый станок, нарезающий полосы на выступах блока с последующим их скалыванием;

• ортогональный многодисковый станок, нарезающий

Таблица 2

Производственные затраты 1 схема 2 схема

Стоимость блоков на борту карьера, руб./м3 7000 9000

Транспортировка блоков, руб/м3 487 410

Пассировка блоков, руб/м2 408 -

Распиловка блоков, руб/м2 670 670

ИТОГО 1500 1200

10,1 до 18,8 м3, что в среднем составляет 14,5 м3.

Размеры подрамного рабочего пространства распиловочных станков приведены на примере штрипсовых станков фирмы «Gaspari Menotti» (Италия) и составляют для модели «JumboMatic 450» -4,0х3,5х2,2 м, для модели «Jumbo S5» - 4,0х3,5х2,0 м. [3].

Коэффициент загрузки подрамного пространства составляет, таким образом, в среднем 0,52 (при диапазоне от 0,36 до 0,67).

Для повышения коэффициента загрузки камнеобрабатывающего оборудования необходимо устранить неровности на поверхностях блоков, особенно по их высоте и ширине. Увеличение коэффициента загрузки камнеобрабатывающего оборудования при использовании операции пассировки блоков по высоте и ширине составляет:

• для рамных распиловочных станков с 0,52 до 0,76;

Производительность рамных распиловочных станков может быть рассчитана по формулам [4]:

Qmex = Vcmae™ , м3/ час

I• В

расп

(1)

У _ И (И _ - 2Ш„с), м3 (2)

ставки ~Мбл\21бл 11 е) п п о

^'плит ^ ^ Впроп

В = В + В + В , М (3)

плит пил проп 5 4 '

где ^Тпа^п - суммарное время на распиловку ставки, час; Д, Нбя, Шбя - длина, высота и

Номер ставки Габаритные размеры блоков, м Объем бло- 3 ка, м Эксилутациоиная производительность, м2/час

1 1,5х1,2х1,0 1,8 2,471

1,7х1,3х1,1 2,431

1,75x0,7x1,2 1,47

2 1,8х1,4х1,1 2,772 2,837

1,95x1,2x1,15 2,691

2,0х0,6х1,3 1,56

3 2,1х1,2х1,3 3,276 4,04

2,2х1,1х1,4 3,388

2,25x0,9x1,45 2,936

4 2,25x1,0x1,4 3,15 4,203

2,3x1,3x1,47 4,395

2,4x0,8x1,52 2,918

5 2,5х1,1х1,5 4,125 5,24

2,65x0,7x1,53 2,838

2,68x1,4x1,58 5,928

6 2,65x1,2x1,5 4,77 4,954

2,7х1,3х1,6 5,616

2,5x0,7x1,65 2,887

7 2,75x0,7x1,8 3,465 5,327

2,8x0,9x1,75 4,41

2,95x1,6x1,6 7,552

8 2,81x1,3x1,82 6,664 5,95

2,95x0,8x1,93 4,554

3,02x1,1x2,00 6,644

9 3,05x0,8x1,9 4,636 6,769

3,12x0,95x1,85 5,48

3,07x1,45x1,8 8,01

10 3,2х1,1х2,0 7,04 8,493

3,25x1,0x2,05 6,66

3,3x1,1x2,09 7,58

полосы на выступах блока с последующим их срезанием подрезным диском;

• алмазно-канатный станок.

Проведенный анализ [4] показал, что по затратам алмазного инструмента на 1 м2 пассированной поверхности более предпочтительным является пассировка на станке с алмазным отрезным сегментным кругом диаметром 3 500 мм (408 руб./м2). Далее идут: алмазно-

канатный станок (560 руб/м2), многодисковый станок со скалыванием нарезок, скарпельный и ортогональный многодисковый станок (1470 руб./м2).

По показателям производительности процесса пассировки также предпочтительнее однодисковый распиловочный станок с обрезным сегментарным кругом диаметром 3 500 мм ^ = 1,76 м2/ч), на втором месте - алмазно-канатный распиловочный станок ^ = 1,44 м2/ч). Производительности приведены для гранитных блоков месторождения «Калгуваара».

Повысить качество (геометрическую правильность, монолитность) добываемого блочного сырья можно, применяя технологии алмазноканатного пиления при добычных работах [6]. Данную технологию можно применять, как часть комбинированных методов отделения блочного сырья от массива природного камня. Метод алмазноканатного пиления можно сочетать с буроклиновыми, термическими методами, методами с использованием НРС и Т.Д.

Применение алмазноканатного оборудования позволяет получать следующие преимущества:

- получение уже на карьере блоков, удовлетворяющих современным требованиям качества по геометрической правильности блоковых граней и по монолитности;

- операция пассировки блоков на камнеобрабатывающих предприятиях становится не нужной;

- уменьшаются потери товарной продукции и количество отходов, что отвечает требованиям современных ресурсосберегающих технологий;

- снижаются затраты на транспортировку блочного сырья.

Себестоимость добычи блочного сырья с помощью технологии алмазно-канатного пиления превышает себестоимость добычи при бурораскалывающих технологиях примерно 1,21,4 раза, в основном, в связи с издержками на алмазный инструмент.

И если цена блоков, полученных с помощью буровзрывной технологии, на внутреннем рынке находится в пределах 6-7 тыс. руб/м3, то полученных с помощью алмазно-канатной технологии достигает 9-10 тыс. руб/м3.

Для сравнения технологических схем производства слебов прочных пород рассмотрим данные по себестоимости изготовления указанной продукции. Первая схема состоит из следующих операций: 1) добыча блоков на

10 8 -6

м2/час 4

2 О

0 12 3 4

Рис. 1. Зависимость эксплуатационной производительности от высоты ставки распиливаемых блоков

9

О 0,5 1 1,5 2 2,5

м

Рис. 2. Зависимость эксплуатационной производительности от объема ставки распиливаемых блоков

карьере с помощью буровзрывной (бурораскалывающей технологии), 2) транспортировка блоков, 3) операция пассировки, 4) распиловка на рамном штрипсовом станке. Вторая схема: 1) добыча блоков на карьере с помощью комбинированной технологии, включающей алмазно-канатное пиление, 2)

транспортировка блоков, 3) распиловка на рамном штрипсовом станке. Результаты анализа приведены в табл. 2.

Примечание:

- рассмотрены блоки гранита месторождения «Калгуваара»;

- распиловка блоков производилась на рамных штрипсовах станках фирмы «Оа8рап МепоШ» модель «1ишЪоМайс 450»;

- операция пассировки блоков производилась на станке фирмы «ОММ» модель «Giga 3500».

- выход полуфабриката составил 23,3415 м2/м3 [5], загрузка рабочего пространства 0,76.

- загрузка одного вагона составляет: блоки, добытые с помощью алмазно-канатной техно-

мЗ

Рис. 3. Зависимость эксплуатационной производительности от длины ставки распиливаемых блоков

логии, - 19 м3/вагон, блоки, добытые с помощью буровзрывной (буроклиновой) технологии

- 16 м3/вагон.

2. Влияние геометрических размеров блоков на эффективность процесса переработки

По формулам, приведенным работе [4] и разработанному алгоритму расчета [4] с учетом определенных в результате опытов рациональных режимов при запиливании, заглублении пил, оптимальном пилении и допиливании, а также принимая во внимание нормативы выхода слебов, были рассчитаны техническая и эксплуатационная производительность процесса распиловки при различной высоте и длине ставок. Для этого при фиксированной ширине ставки (3,2 м) изменялась длина блоков (от 1,5 м до 3,3 м) и высота ставки (от 1,0 м до 2,1 м). Результаты расчетов представлены в табл. 3.

Зависимость эксплуатационной производительности рамных распиловочных станков для гранитов средней прочности от размеров (длина и высота) и объема ставки представлены на графиках №№ 1, 2, 3.

Обобщая вышесказанное можно сделать следующие выводы:

- качество блоков, получаемых методами отделения блоков от массива, применяющихся на карьерах России не удовлетворяет мировым требованиям к блочному сырью;

- переработка данных блоков на современном распиловочном оборудовании возможна при неполном заполнении рабочего (подрамного) пространства станка. Данное обстоятельство снижает производительность распиловки блочного сырья на распиловочном оборудовании. Чтобы избежать потери производительности на камнеобрабатывающем предприятии производят операцию пассировки, что повышает себестоимость продукции.

- применение алмазно-канатного пиления при производстве добычных работ позволяет избежать дополнительных расходов на пассировку блоков и их транспортировку. И, не смотря, на более высокую стоимость сырья, добытого с использованием технологии алмазно-канатного пиления, себестоимость продукции, получаемой из данных блоков ниже, чем из блоков, добытых с использованием буровзрывной (буроклиновой) технологий.

1. Сычев Ю.И. Атлас-Каталог. Облицовочнодекоративный камень // Москва, Внешторгиздат. 1993, С.275.

2. Бакка Н.Т. Обоснование межшпруовых расстояний при контурном врывании // Экспресс-информация. Серия «Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов» / ВНИИЭСМ. 1986, вып. 3. с. 8-10.

3. Каталог оборудования фирмы «Оаврап МепоШ» (Италия).

4. Калинин М.А. Выбор оптимальных режимов распиловки прочных пород на рамных штрипсовых станках

- геометрические размеры (длина и высота) блоков оказывают влияние на производительность распиловочного оборудования. Таким образом, при производстве добычных работ технология и оборудование, применяемые на карьере, должны позволять добывать блоки с такими геометрическими размерами, которые бы позволяли достичь максимальной производительности распиловочных станков.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

с неармированными пилами. Дис ... маг. - М. МГГУ, 2002. 90 с.

5. Нормы расхода сырья на выпуск полуфабриката, действующие на ООО «Карельский гранит» (г. Кондопога, Республика Карелия) на 2003 год.

6. Аглюков Х.И., Гуров М.Ю. Обоснование эффективной технологии добычи блочного гранита // Добыча, обработка и применение природного камня. Сборник научных трудов. Магнитогорск. 2003, вып. 3. с. 114-118.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------------

Птичников Евгений Витальевич — доцент, кандидат технических наук, зам. зав. кафедрой,

Калинин Михаил Александрович — аспирант,

кафедра «Технология, механизация и организация открытых горных работ», Московский государственный горный университет.

ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

УРАЛЬСКАЯ ГО СУДАРСТВЕННАЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧі ЕСКАЯ АКАДЕЪ ШЯ

КОМИССАРОВ

Анатолий

Павлович

Моделирование рычажно-

гидравлических механизмов и обоснование перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов

д.т.н