CC BY
180
- © В.И. Супрун, Д.В. Пастихин, С.А. Радченко,
В В. Перелыгин, 2014
УДК 622.271.4
В.И. Супрун, Д.В. Пастихин, С.А. Радченко, В.В. Перелыгин
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОТРАБОТКИ КРУПНЫХ УГОЛЬНЫХ И РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Проведен анализ использования комплексов циклично-поточной технологии (ЦПТ) на крупных угольных и рудных месторождениях. Показана перспективность использования валковых и шнековых дробилок в комплексах ЦПТ. Обоснованы параметры зон применения экскаваторно-автомобильных комплексов и условия к применению комплексов ЦПТ.
Ключевые слова: циклично-поточная технология, дробильно-пере-грузочные пункты, компактные дробилки.
Анализ показателей работы крупных угольных и рудных карьеров свидетельствует, что на величину затрат (себестоимость) 1 м3 вскрышных работ наибольшее влияние оказывают глубина горных работ, мощность вскрышных грузопотоков и физико-механические свойства горных пород.
Одним из эффективных способов снижения удельных затрат на производство горных работ является совершенствование транспортной схемы и схемы вскрытия при переходе к отработке нижних горизонтов карьера. Это особенно важно для автомобильного транспорта, жестко залимитированного в своей «оптимизированной зоне работы», высотой подъема и дальностью перевозки горной массы.
В структуре себестоимости производственных процессов вскрышных работ затраты на транспорт доминируют и могут достигать 60% от общих затрат.
Увеличение глубины открытой разработки при использовании экскаваторно-автомобильных комплексов ведет к перманентному возрастанию затрат (себестоимости) на транспортирование 1 м3 горной массы.
332
С, руб./ткм
Рис. 1. Изменение себестоимости одного тонно-километра транспортировки горной массы автосамосвалами различной грузоподъемности (подготовлено по запросам ОАО «Черниговец» фирмами «Ceterpillar» и «Komatsu» с учетом эксплуатационных затрат и издержек владения)
Решить данную проблему только увеличением грузоподъемности автомобильного транспорта проблематично, в силу следующих обстоятельств. Себестоимость грузоперевозок при увеличении грузоподъемности автосамосвалов снижается. Однако, интенсивное снижение происходит в диапазоне грузоподъемности автомашин от 40 до 110-130 т (зона А, см. рис. 1).
В диапазоне грузоподъемности от 120 до 350 т темпы снижения себестоимости резко уменьшаются (зона В, см. рис. 1).
Конвейерный и железнодорожный (магистральные) виды транспорта реагируют на увеличение дальности транспортирования не так резко, как автомобильный транспорт. Поэтому для уменьшения доли затрат на транспортирование при отработке месторождений с наклонными и крутопадающими залежами полезных ископаемых целесообразно переходить к использованию комбинации из нескольких видов транспорта.
В работе современных карьеров может быть задействовано до трех видов карьерного транспорта, имеющих существенно раз-
333
личную себестоимость тонно-километра (т-км) транспортирования горной массы.
Наибольшие перспективы использования на крупных рудных и угольных карьерах имеют схемы циклично-поточной технологии (ЦПТ), в которых автомобильный транспорт используется как сборочный, а конвейерный как магистральный, выполняя основную работу по подъему дробленого материала на поверхность. Использование комплексов ЦПТ имеет наибольшую эффективность для транспортировки руды. Последнее объясняется тем, что в общем комплексе обогащения руд дробление является начальной стадией переработки, предшествующей последующим обогатительным переделам.
На сегодняшний день для транспортировки вскрышных пород комплексы циклично-поточной технологии используются в меньших масштабах, что обусловлено дополнительными затратами, связанными с необходимостью подготовки пород к транспортированию конвейером.
По данным многих источников, эксплуатационные затраты на транспортирование тонны горной массы конвейером (с учетом затрат на дробление) примерно в два раза меньше аналогичных, при использовании карьерного автотранспорта.
Несмотря на то, что капитальные затраты для организации ЦПТ выше, совокупные расходы на 20-30% ниже. Объясняется это тем, что эксплуатационные расходы в схемах ЦПТ меньше из-за сниженной потребности в автосамосвалах, водителях и техническом персонале (рис. 2) [1].
В рудных грузопотоках дробильно-перегрузочные пункты (дробильные станции) комплексов ЦПТ в большин-
Рис. 2. Зависимость экономических показателей карьерного транспорта от глубины карьера (по М.В. Васильеву): 1 — автотранспорт; 2 — железнодорожный транспорт; 3 — автомобильно-конвейерный транспорт
334
стве случаев оборудуются конусными дробилками крупного дробления и щековыми дробилками.
На первых этапах развития комплексов ЦПТ (1980-1995 гг.) главным недостатком дробильных станций было то, что они становились по сути «жестко» фиксируемыми точками перегрузок на стационарных бортах карьеров. Их перенос (в результате углубления горных работ) представлял сложную инженерно-техническую проблему и являлся экономически весьма затратным процессом.
При среднем (для многих рудных карьеров) темпе понижения горных работ 15-20 м/год, глубина карьера быстро нарастала, что при «жестко» фиксированных точках дробильных станций не позволяло на длительный период эффективно стабилизировать объем грузовой транспортной работы карьера. Безусловным прогрессом в развитии комплексов ЦПТ явилось создание полустационарных дробильно-перегрузочных узлов, оборудованных компактными валковыми, двухвалковыми, шнековыми и гибридными дробилками.
Лидерами в создании валковых и гибридных дробилок являются фирмы «ThyssenKrupp F^dertechnik», «Joy Global» и «Sandvik». Лидерами в производстве шнеково-зубчатых дробилок являются фирмы «MMD», «FAM», «FLSmidth». Опытный образец двухвалковой дробилки изготовлен фирмой «Tenova TAKRAF».
Полустационарные дробильные станции, оборудованные валковыми и шнековыми дробилками, используются в настоящее время на многих карьерах мира (рис. 3).
Использование одновал-ковых, двухвалковых и шне-
Рис. 3. Полустационарная дробилка на карьере компании«ЗаЬако1 Engineers Co. Ltd.» (Таиланд). Диапазоны гранулометрического состава после дробления 0-400 мм. В комплексе использована валковая дробилка диаметром 2000 мм (привод два двигателя по 400 кВт)
335
Рис. 4. Шнеково-зубчатая дробилка фирмы «MMD»
ковых (ролл-сайзеры) дробилок в комплексах ЦПТ является прогрессивным техническим решением, обеспечивающим компактность дробильного узла, при меньшей энерго- и металлоемкости. Однако, на данном этапе развития, надежность этих технических устройств пока уступает гирационным и щековым дробилкам.
Шнековые двухвалковые дробилки перерабатывают материал без применения предварительного грохочения (рис. 4).
Конфигурация зубьев такова, что позволяет просыпаться небольшим кускам породы без дополнительного додрабливания (переизмельчения). Принцип дробления основан на усилении структурных дефектов материала лицевой частью зубьев дробилки (за счет сжимающих нагрузок), разрушении материала тыльной частью зубьев и додрабливании на брусе, благодаря чему удается строго контролировать размер выходного куска.
Основные элементы двухвалковых дробилок «ThyssenKrupp F^dertechnik» производительностью 2000 т/ч приведены на рис. 5.
Фирма «Joy Global» выпускает одновалковые дробилки типа BF-38 и BF-43, успешно применяемые для первичного дробления скальных пород (рис. 6, 7).
Фирма «Sandvik» для оборудования полустационарных дробильных узлов в карьере выпускает параметрический ряд гибридных дробилок серии CR810 (рис. 8). Гибридные дробилки вобрали в себя принципы работы традиционных дробилок-классификаторов и двухвалковых дробилок, что сделало их пригодными для первичного дробления.
Фирмы «ThyssenKrupp F^dertechnik», ПАО «Новокраматорский машиностроительный завод», «Tenova TAKRAF», «Joy Global», «Metso»
336
Рис. 5. Основные элементы двухвалковой дробилки фирмы «ТИуавепКгирр ГцгйетЛесЪтк» с производительностью около 2000 т/час для прочных известняков
и «К1еетапп» разработали концепцию ЦПТ с использованием полностью мобильных дробильных установок (рис. 9-14). Инновация заключается в возможности движения техники во время добычи, чем достигается гибкость и мобильность. В комбинации с непрерывно работающими ленточными транспортерами полностью устраняется прежде необходимая перевозка автосамосвалами.
Использование непрерывно работающей техники в сравнении с циклично работающими автосамосвалами дает экономический эффект не только в том, что касается роста производительности, но и экономии энергозатрат, а также охраны окружающей среды.
В состав комплексов ЦПТ с полностью мобильными дробилками входит экскаватор мехлопата, передвижная дробильная установка, система конвейеров (рис. 15) [2].
И все же комплексы ЦПТ с мобильными дробильными установками большой мощности являются в значительной степени экспериментальным оборудованием.
Наиболее перспективным к применению на вскрышных работах крупных угольных и рудных карьеров являются комплексы ЦПТ,
338
Рис. 7. Конструкция рабочего органа и внешний вид одновалковой дробилки BF-43 фирмы Joy Global» («Stamler»)
построенные на основе применения полумобильных дробильных станций и сборочного автотранспорта.
Ключевым риском при выборе данных комплексов ЦПТ является вид дробилки, используемой в дробильной станции. Безупречными в данном отношении являются щековые и гирационные дробилки. Однако, именно эти типы дробилок имеют кратно более высокие
339
Рис. 8. Основные элементы гибридной дробилки СН810 фирмы «Бап^^к»
Рис. 9. Мобильная дробильная установка фирмы «ТЬуааепКгцрр РцгЫег1есИпгк» на разрезе «УгттНе», Китай [2]
показатели себестоимости дробления в сравнении со шнеково-зуб-чатыми и валково-зубчатыми дробилками, так как имеют меньшую производительность (табл. 1).
Ненадежность работы гибридных дробилок СИ810 фирмы «Эап^к» явилась главной проблемой эксплуатации первого комплекса ЦПТ на разрезе «Восточный» (Экибастузский угольный бассейн, Казахстан). Данный комплекс был поставлен на разрез фирмой «Тепоуа ТАКИАР» в 2009-2010 гг.
340
шш
Рис. 10. Самоходный агрегат ДПА-2000, производства ПАО «Новокраматорский машиностроительный завод» на опытно-промышленном участке Центрального ГОКа (Кривбасс)
Рис. 11. Мобильная дробильная установка фирмы «Tenova ТАКНАГ»
В состав комплекса входят две дробильные станции оборудованные дробилками СИ810, система конвейеров (соединительный, наклонный, магистральный, отвальный) и консольный отвалообра-зователь (рис. 16, 17).
Проектная производительность комплекса планировалась на уровне 14 млн м3/год. Из-за неудовлетворительной работы дробильных станций фактическая производительность комплекса не превышает 7-8 млн м3/год.
Разрезом «Восточный» и фирмой «Тепоуа ТАКИАР» выполнены локальные усовершенствования конструкции гибридных дробилок СИ810, но полностью снять проблемы, возникающие при их экс-
341
Рис. 12. Погрузка горной массы экскаватором P&H 2800 в передвижную дробильную установку «Joy Global-MMD» (разрез «Goonyella», Австралия)
Рис. 13. Мобильная дробильная установка фирмы «Metso»
Рис. 14. Внешний вид передвижной дробильной установки МС160 РНН фирмы «К1еетапп», максимальной производительностью 1500 т/ч
Рис. 15. Комплекс ЦПТ, включающий в себя механическую лопату, полночью мобильную дробилку, конвейерный перегружатель (изготовитель «7ЪуввепКгирр Гигйе^есЪтк», разрез «УгттНе», Китай)
Таблица 1
Расчетные значения себестоимости дробления дробилками различных типов (конструкций)
№ п/п Количество и параметры дробилок в составе дробильной станции (лля условий разреза «Черниговский») Себестоимость лробления дробилками различных конструкций (типов)
1. Три дробилки С-200 (ЩДС 2000x1500) фирмы «Мегео». Суммарная производительность 3-х щековых дробилок — 5,2 млн м3 в целике (7,3 млн м3 в разрыхленном состоянии) 5,24 руб./т
2. Две гирационные дробилки Superior MK-II, масса 320 т, мощность 450 кВт, суммарная 900 кВт; суммарная годовая производительность — 27 500 тыс. т (11 460 тыс. м3 в целике, 16 270 тыс. м3 — в разрыхленном состоянии) 3,34 руб./т
3. Одна шнековая дробилка MMD 1500. Установленная мощность 2x630=1260 кВт. Годовая производительность 30 650 тыс. т; по целику 12 800 тыс. м3; по разрыхленному материалу 18 135 тыс. м3 1,7 руб./т
4. Одна двухвалковая дробилка фирмы «ThyssenKrupp Frndertechnik». Установленная мощность 2x450= = 900 кВт. При загрузке дробилки 70% ее средняя производительность составляет 5000 т/ч. Годовая производительность 25 000 тыс. т.; по целику 10 400 тыс. м3; по разрыхленному материалу 14 580 тыс. м3 1,5 руб./т
плуатации не удалось. В связи с этим принято решение о замене дробилок фирмы «Бап^к» на двухвалковые дробилки конструкции «Тепоуа ТАКИАР».
Эффективными способами регулирования производительности дробилки являются снижение размеров исходного материала питания дробилки.
Данное условие можно реализовать за счет эффективного управления взрывной подготовкой горных пород для обеспечения оптимального гранулометрического состава материала подаваемого в дробильные станции комплексов ЦПТ.
344
Рис. 16. Дробильный комплекс (№1), построенный на базе дробилки СН810 фирмы «Бап^1к»
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Васильев М.В. Транспорт глубоких карьеров. — М.: Недра, 1983. — 295 с.
2. Ментгес У., Коппач Ю., Пашко П.Б. Полностью мобильный дробильный комплекс на гусеничном ходу для крупных карьеров и разрезов // Уголь. — 2009. — № 4. — С. 28-31. ЕЕН
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Супрун Валерий Иванович — доктор технических наук, заместитель руководителя «Проектно-экспертного центра МГГУ», Московский государственный горный университет, labstone@mail.ru
Пастихин Денис Валерьевич — кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой ТО, Московский государственный горный университет, Радченко Сергей Александрович — кандидат технических наук, доцент, руководитель отдела проектирования ОГР «Проектно-экспертного центра МГГУ», Московский государственный горный университет, mggu_to@mail.ru Перелыгин Владимир Владимирович — кандидат технических наук, ведущий специалист ЗАО «ЕВРОЦЕМЕНТ групп»
346
