Обоснование способов комплексного использования мраморного сырья Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

К вопросу повышения интенсивности отработки месторождений системами... В.Н.Калмыков, А.А.Зубков

В табл. 2 приведено экономическое сравнение вышеперечисленных вариантов интенсификации отработки Узельгинского месторождения.

По результатам экономического сравнения вариантов интенсификации твердения закладочных составов можно сделать вывод о том, что наименее затратным способом является применение разогретой воды в случае, если горное предприятие не имеет своей рудной базы и завода для производства негашеной извести. При наличии собственного известкового производства предпочти-

тельным является вариант использования бесце-ментных составов закладки.

Увеличение затрат на закладку выработанного пространства путем применения разогретой воды позволит получить снижение себестоимости добываемой руды за счет экономии на условно постоянных расходах на 17 руб./т. Расчетное увеличение рентабельности Узельгинского рудника составило 3,23%. В результате проведенного анализа увеличение производительности на 20% возможно при сокращении сроков твердения с 6 до 3 месяцев.

УДК 622.23.054.72

Г. Д. Першин, Г. А. Караулов, Н. Г. Караулов, А. Г. Караулов

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МРАМОРНОГО СЫРЬЯ

На современных российских предприятиях степень переработки добываемого мрамора в несколько раз ниже, чем на аналогичных зарубежных. Вследствие чего предприниматель вкладывает деньги в опытные карьеры и, не находя там выхода товарных блоков, прекращает дальнейшую разработку. А идеальных мраморных блоков без трещин не будет, так как вследствие геологических процессов, а именно тектонических нарушений разрывного и складочного характера, в мраморе образуются трещины.

Из этого можно сделать вывод: что при добыче мрамора акцент надо ставить не только на выход товарных блоков, а на комплексное использование добываемого мраморного сырья. Только при таком подходе можно наиболее эффективно и с полной отдачей использовать мраморные месторождения.

Наиболее эффективная отработка месторождений обеспечивается за счет оптимизации параметров уступа, оптимизация параметров уступа возможна при использовании алмазно-канатных машин.

Ранее, при обосновании высоты уступа [4] с использованием алмазно-канатного оборудования, добывался максимальный выход товарных блоков только в карьере, но не учитывались требования, предъявляемые к блокам при обработке их в камнеобрабатывающем цехе. Например, эффективность распиловки блоков I и II групп, как показывают расчеты, на Воскресенском камнеобрабатывающем заводе будет на 50% выше, чем распиловка блоков III группы. На Воскресенском заводе сделаны замеры времени на производство плит-заготовок, и, как видно из графика на рис. 1

[7] , чем больше объем блоков, тем меньшее время требуется на производство одного и того же числа плит-заготовок. При пилении блоков меньше 3 м3 будет получено 15,1 тыс.м2 плит-заготовок, а при пилении блоков больше 3 м3 (I и II групп) можно произвести 21,3 тыс.м2. При норме прибыли на 1 м2 облицовочной плиты, равной 500 руб., годовой экономический эффект превысит 3 млн руб.

При обосновании параметров системы разработки необходимо учитывать различную стоимость блоков в зависимости от их объема при их реализации, в соответствии с чем предлагается методика определения оптимальной высоты добычного уступа по критерию максимальной стоимости всех блоков, получаемых в процессе выемки, во взаимосвязи с применяемым в КОЦ оборудованием.

Например, если работа КОЦ направлена на выпуск слэбов, предприятие в первую очередь

1. Зависимости удельного времени распила блоков от их объема и цены

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.

V блока

заинтересовано в обработке блоков объемом больше 3 м3, блоки меньших объемов в данном случае менее ценны. Таким образом, обосновывая высоту уступов и выбирая оптимальную, исходя из интегральной стоимости всех блоков, получаемых при разработке и переработке их, достигаем наибольший эффект как при реализации блоков, так и при дальнейшей их переработке на собственном предприятии.

Как уже отмечалось выше в разработанной ранее методике [4], обоснование оптимальной высоты уступа производилось без учета последующей переработки блоков, а именно не учитывалась разница в стоимости блоков в зависимости от их объема и соответствия группам ГОСТ 9479-98.

Для нахождения оптимального значения высоты монолита в разработанной методике в качестве критерия оптимизации принят минимум удельных затрат на добычу камня, который определяется из выражения

С =

К

(1)

где С - удельные затраты на резание камня, руб./м2; Бт - удельная площадь обнажения монолита в массиве, м"1; КВ - коэффициент выхода товарных блоков из объема монолита.

Показатель удельных затрат на резание камня определяется по Г.Д. Першину из условия:

С

Cs =—С— + S Kuo • • h

+Вп-(Сэ • А

+C ■ R

уд u lvyd

(2)

где С0, Сэ и Си - стоимости соответственно работы алмазно-канатной машины, руб./ч; электроэнер-

гии, руб./кВтхч; алмазов в инструменте, руб./кар.; Кио - коэффициент использования оборудования во времени; Vn - скорость подачи инструмента на забой, м/ч; Ауд - удельная работа распиловки, Дж/м3; Ryd - удельный расход алмазного инструмента; уа - содержание алмазов в единице объема алмазонесущего слоя инструмента, кар.; h, Вп -высота и ширина щели пропила, м.

Связанная с протяженностью контактного взаимодействия «инструмент-порода» удельная площадь обнажения монолита в массиве Sm влияет на энергосиловые показатели, производительность резания и удельный расход алмазного инструмента, определяется по формуле

S = Г1 + г1 + г1.

(3)

где к, I и Ь - высота, длина и ширина монолита, м.

Коэффициент выхода товарных блоков может быть представлен степенной функцией высоты монолита:

Кв = k6 ■ h”

(4)

где кб - коэффициент пропорциональности для пород средней прочности, кб= 1,5 + 0,1; т - показатель степени, для условий Коелгинского месторождения 0,01<т<0,6.

Величина показателя степени т в формуле (3) определялась по значениям коэффициентов КВ1, КВ2 выхода товарных блоков при высотах монолита к1 и к2 (м) в диапазоне к=1-12 м с использованием соотношения

m =

_ln (Кві/Кв2 )

ln (Vh2 )

(5)

Высота монолита Н, м Рис. 2. График зависимости коэффициента выхода товарных блоков от высоты монолита (Н) и различной группы блоков по ГОСТ 9479-98:

♦ - блоки I группы (т=0,35), ■ - блоки I, II группы (т=0,02), А - блоки I, II, III группы (т=0,01)

Установлено, что значение показателя т зависит не только от природной трещиноватости и высоты монолита, но и от объема минимального товарного блока. Показатель т увеличивается с 0,10 до 0,35 (рис. 2), в первом случае учитывались блоки 1, 2 и 3-й группы, во втором -только первой группы (параметры трещин и высота уступа одинаковые).

Анализ зависимостей свидетельствует о возрастании коэффициента выхода товарных блоков при увеличении размеров монолита.

Для определения оптимальной высоты монолита из условия минимума удельных затрат на добычу дифференцируем составляющие выражения (1) по высоте монолита и подстановкой их в условие Су/дк = 0 . Получаем следующее дифференциальное уравнение:

32

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.

dS„

dh _

dh

'dh

C

К

(6)

После математических преобразований полученное уравнение можно представить в виде

H3-(V Я 1±n )■ я=0.

(7)

Решение (7) дает следующее оптимальное соотношение:

H0n = Kn-\

1 + n 1 - n

(8)

__ 7 оп

где оптимальная высота пропила к!, определяется из условия

(h0n)-' = К

V kh ■ ke -Ко Х

(

xV С

р о

R

Y

С + Га -Cu-^-Ауд J

(9)

Для численного расчета по формуле (9) использованы отечественные и зарубежные данные о расходе алмазного инструмента и энергии в зависимости от силового режима резания и об оценке статей эксплуатационных затрат при распиловке канатными пилами пород различной прочности. Анализ стоимостных параметров свидетельствует, что определяющими являются расходы на алмазный инструмент, заработную плату и амортизацию камнерезного оборудования. Именно

отношение стоимостей работы алмазно-канатной машины и алмазов в инструменте (С0/Си) в наибольшей степени влияет на конечные результаты исследуемой модели. Причем величины (С0/Си) существенно различаются по отечественным (0,5-1,0 кар./ч) и зарубежным (2,0-2,5 кар./ч) данным из-за различий уровней заработной платы и цен на алмазный инструмент. Затраты на потребление энергии невелики (по сравнению со стоимостью алмазного инструмента), и в расчетах их можно не учитывать, приняв Сэ/Си~0.

Далее из рационально сочетающихся размеров монолитов определяются оптимальные по условию минимума удельных затрат. Определение удельных затрат на добычу С для монолитов разных размеров по разработанной методике (рис. 3) свидетельствует о наличии зоны минимума удельных затрат и позволяет установить оптимальную высоту монолита. Для условий Коелгинского месторождения оптимальная высота монолита находится в пределах 7-9 м (см. рис. 3).

Из графика следует, что оптимальная высота уступа, рассчитанная с учетом последующей переработки блоков, увеличивается с интервала 6,0-8,0 м до 7-9 м.

При таком подходе опти- Рис. 3. График зависимости мальные пара- оптимальной высоты добычного метры уступа уступа от показателя п

Варианты переработки серых мраморов

0.5

0.5

Виды сырья и отходов Варианты

существующие предлагаемые

I II III IV V

1. Блоки по ГОСТ - 20% Алмазнодисковый станок Штрипсовый станок Многоканатный станок

2. Блоки по ТУ; У=1-2 м3 - 30% Продажа по 3,5 тыс.руб./м3 Алмазно-дисковый станок

3. Глыбы; У=1-0,4 м3 - 20% Вывозятся в отвал Алмазно-дисковый станок «Алмаз-12м», г.Полтава Алмазно-дисковый станок с фиксатором блоков ST/1000; ST/725 Дробление бутобоем и отправка на камне-кольный пресс Производство искусственных блоков по Г ОСТ 21-40-84

V О II к 0 о 4; 1 0 1 2 -sO O'- Дробление и производство брекчиевидных и мозаичных плит на примере выпускаемой продукции фирмой «Эталон», г.Магнитогорск Дробление и производство прессованных и формованных плит по технологии «Лонжи-нотти» (окупаемая при больших объемах) Камнекольный пресс. Изделия с колотой фактурой

5. Щебень; d=5-70 мм - 10% Дробление щебня на муку и продажа ДРСУ для асфальтобетонной смеси

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.-------------------------------------------------------------33

eoxoin) ггчнии -Ю1ИИ111Я11Ц СИ 1К1Г11 TnndlW -c«docb4MM otutoacNodQf '¡у

VMOugtfsnrKirDti aautfDacNodu ’X

■UHVtOW НТМИ»1'ПТ|ЧИ -odu п ввтгааозжоВ'Лх XI

$иют.к tmnnni oiusoacxolQ ’ШЛ

edpM kiJk (И d\lU4!-A>IJ II Ц1Ш1ГШ ПЧН

-aHiofio»3i/ oai3toa£iiod[j <цд

III «кЛиэиагэаз»

ИН Jiilf01f«l Oil jsqrfiqj o iou -dot«r<Iw aolouo 1И j.utm 1пн -HHXidoM4Vi>autroa(Hod[i 7д

эноыэд yoiuHjw

-)llНИ 1ЙШ (П1М,М«ПИ1Г)С

шкьщоц ««uu’DaLiiodu -д

MOJOirxUMMhHK •Uiodi.4»L-t 0ai0L'(]«( ii(Hjy -Д£

»nm.oiibCed 'iNMhod -jaou uiini on i j too mod ц *| j|

40XOI/-J WKVDodl] ’II

tfuirainn iriu^ifuaioiU^Hdti ',о*я„и,„*а ^±tlau

»oiihOaoniiiijoeeuBeecmKlq

г

Я

£

Mi

a ■

x

2 X * v

3 §

if 1 -s =

Cl Я

i 5 S.? x a о »

t

I

a

a

к

3'

1ЭЛХ^»».1СГ»МЭОЛ^ WMOU^I '£2

ГШ111 уокул^

K.4M19Mcfej

"Minwn^

•Ji

UJUXuilLMH MUIIMNVfUyV *JJ I

и.jinvolut'd ‘¿I

вбофсЗеф •гаиивЙ4М »)0«<w»j.|j0dl3 SI

ЦИХГЯГСМ iHXMhllUXSlOHIlUj УI

nhMgcroc^j к эхфэн ttinr flodOHXJid nq«odA*j •£ j

( HMttwMf 4н*йи±кс ’нл J {i3M,i_irn 1 им 191r -lFura) MiM») vnM^mKodu ih*K^> “j j

моюа tyojn?Mfuvjdo

ЦН HX>F<f.4 Я KITVNC 'MOeOJsHAdj

‘nxuKced но «же. tf о с Kim »uovdw *Ц

Yi<oid*a ‘ягодо 1hjsm<<j уонн¥яо1ггод oi

«3^01 #6

ejvX?i№wnfy*

03VB4LL3BKTQ’t

»Md>Cxv^fiCun ионпосф к «о.^иннол -olou ‘нэнэи/Си ‘aoirou ггакьквеоад•$

Х1ЯММ(и^рОХ/11А'ф>у ‘P

flOVOdLUUtfC XMHhOdBQ^> *C

ИМК) {fOiidOHRflw-oH

lh лодкиа ’Пчнцоюошго тнмиох *г

к

о

о

|_

о

X

о

S

со

со

са

о

о

о

со

CD

о

S

CL

34

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.

будут обеспечивать максимальную эффективность функционирования цепочки КАРЬЕР-КАМНЕОБ-РАБАТЫВАЮЩЕЕ ПРОИЗВОДСТВО. При этом нужно учитывать спрос на определенный вид продукции. При этом необходимо рассматривать параметры системы разработки, исходя из стоимости блоков по группам ГОСТ 9479-98. Задача комплексного использования мрамора должна обеспечивать не только максимум добываемого блочного сырья, но и учитывать максимальную прибыль от реализации готовой продукции при переработке всей вынутой горной массы. При добыче мы получаем 1-Ш группы по ГОСТ-9479-98, некондиционные блоки, глыбы, окол и щебень, в соответствии с чем нами разработана методика, обеспечивающая выбор необходимого оборудования для распиловки и обработки каждой из приведенных групп. В таблице отражены все виды сырья и варианты его переработки. Представленная методика позволяет выбирать оптимальную схему для всех групп с учетом горно-геологических возможностей месторождения и конъюнктуры рынка. Например, некондиционные блоки можно распилить на мелкоразмерную плитку, сделать колотый камень либо переработать на щебень и крошку. Очевидно, что переработка на крошку потребует значительных затрат и не всегда приведет к получению прибыли.

Проведя экономическое сравнение распиловки блоков I и II групп, следует, что эффективнее распиливать блоки на многоканатных станках [6]. Блоки III группы и некондиционные эффективно распиливать на алмазно-дисковых станках. Глыбы можно распиливать на малогабаритном станке типа РС-44. Также глыбы можно раскалывать на камнекольном прессе с установкой его в карьере. Окол можно использовать для производства фасадных панелей, изделий с колотой фактурой, для производства брекчиевидных, мозаичных, а также искусственных блоков. Исследование экономической эффективности производства изделий с колотой фактурой на прессе фирмы «МЕС» (с мощностью раскола 24 т и высотой раскола до 550 мм), который целесообраз-

но иметь на карьере, так как он не требует воды и тепла, подтверждает возможность окупить станок за 6 месяцев. Чисто текущая стоимость проекта за 7-летний период составит 5,9 млн рублей.

Объемы окола и щебня на Редутовском карьере для производства мозаичных плит сопоставимы с объемами фирмы «Эталон», г. Магнитогорск, поэтому данная линия может быть использована и на Редутовском карьере.

Также существует методика использования мраморных отходов на дробление и производство прессованных и формованных плит по технологии «Лонженотти» [1]. Производительность самой низкой производственной технологии предусматривает 52 м2, то есть в год производительность будет 146 тыс. м2 и с выходом 17,6 м2 с 1 м3, следовательно, для полноценной работы линии требуется 1,8 млн м3. Приходим к выводу, что эта технология окупаема при очень больших объемах, а значит, в нашем случае непригодна. То же самое относится к производству искусственных блоков.

На основе разработанных методик можно повысить эффективность использования мраморных месторождений за счет повышения товарности добываемых блоков и максимального использования всей добываемой горной массы в карьере. Экономический эффект от внедрения рассмотренных вариантов переработки отходов мраморного сырья составит 8 млн рублей в год применительно к Реду-товскому месторождению. Однако спектр использования мраморных отходов очень широк и не ограничивается рассмотренным. Это изготовление чистящих паст, порошков и полировочных составов, для питательных субстратов гидропоники и раскисления почв, для тушения пожаров и посыпки рубероидных покрытий, в качестве фильтров водоочистных сооружений и добавки в комбикорма. На рис. 4 представлено 33 варианта использования мраморного сырья. Из них для переработки отходов серых мраморов рассмотрено только 18 вариантов, которые не требуют чисто белого мрамора [3].

Библиографический список

1. Волуев И.В., Сычев Ю.И., Ткач В.Р. Безотходная технология добычи и обработки природного камня. М.: Недра, 1994. 192 с.

2. ГОСТ 9479-84. Блоки из природного камня для производства облицовочных изделий. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1987.

3. Караулов Г.А., Караулов А.Г., Чернов Э.В Пути повышения эффективности освоения Редутовского месторождения // Добыча, обработка и применение природного камня: Сб. науч. тр. Магнитогорск, 2005. С. 10-20.

4. Першин Г.Д., Караулов Г.А., Караулов Н.Г. Добыча блоков мрамора алмазно-канатными пилами: Уч. пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2003. 103 с.

5. Синельников О.Б. Конъюнктура производства и потребления природного облицовочного камня «Атолл». М., 1992.

6. Караулов А.Г. Оценка экономической эффективности распиловки мраморных блоков // Добыча, обработка и применение природного камня: Сб. науч. тр. Магнитогорск, 2006.

7. Памшев А.Н., Карасев О.Ю. Определение оптимальных размеров блоков природного камня при распиле на ортогональных станках // Г орный журнал. 2001. № 3.

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 1.-------------------------------------------------------------35