д. т.
н., профессор Юдин А. В.
Уральский
государственный горный университет, Россия
Новая концепция разработки закарстованных
месторождений
Закарстованность месторождений карбонатных
пород значительно усложняет добычу и обусловливает увеличение потерь полезных
ископаемых. Практика освоения Чаньвинского месторождения известняков (РФ,
Пермский край) выявила, что в продуктивной толще имеются многочисленные тела
глин, карсты и заглинизированные зоны интенсивной трещиноватости. Такие зоны не
имеют четких границ и поэтому не могут быть геометризованы в достаточной
степени при существующих способах геологоразведочных работ. Закарстованность
месторождения оказалась значительно выше, чем по результатам детальной
разведки.
После взрыва известняки частично
перемешиваются с глиной и не могут быть использованы в качестве карбонатного
сырья. Заглиненные известняки переводятся в разряд вскрыши и вывозятся в отвал.
В результате потери карбонатного сырья, в среднем, составили около 40 % по
сравнению с проектными – 7,7 %.
Изложенная выше ситуация поставила перед
специалистами задачу качественного анализа проблемы в направлении разработки
технических решений и способов, обеспечивающих промышленное разделение
взорванной горной массы (ГМ) в карьере с содержанием глинистых фракций и карста
до 25 %.
При отработанных технологиях основное
разделение ГМ выполняется на дробильно-сортировочных комплексах (ДСК). При этом
применяются различные способы: ручная глиноотборка, механические способы
(грохочение, разрушение и др.) и промывка. В карьерах наиболее распространенным
способом разделения ГМ является селективная выемка разносортных пород.
Анализ отечественного и зарубежного опыта
разработки месторождений карбонатных пород и способов разделения ГМ позволил
определить пути решения сложившейся проблемы. Из мирового опыта можно выделить
два направления в технических решениях при разделении заглиненной ГМ:
- средствами машин на основе вибрационных
процессов;
- средствами машин, рабочие поверхности
которых образованы различными телами вращения.
Учеными Уральского государственного
горного университета (г. Екатеринбург) разработана новая концепция отработки закарстованных месторождений.
Отличие новой технологии заключается в
том, что операции по разделению (очистке) известняка и глинистых включений
выделены из процессов ДСК и выполняются на специальном комплексе в карьере.
Технология очистки осуществляется на основе вибропроцессов способом сухого
двухстадийного разделения взорванной ГМ на фракции, содержащие кондиционный известняк
и фракции, включающие глинистые включения.
Предпосылкой для разработки новой
технологии послужили результаты исследований фракционного состава взорванной
ГМ. Было установлено, что до 90 % глины входит в состав ГМ крупностью от 0,0 до
0,3 м, а объем фракций известняка размером 0,0÷0,3 м вместе с глиной
составляет, в среднем, 40-45 % от общего объема заглиненной ГМ. В то же время,
основная доля глины и карста содержится во фракциях размером 0÷100 мм.
Было сделано заключение, если взорванную ГМ разделить по классам ±0,3 м и ±0,1
м, то можно существенно повысить выход кондиционных фракций сырья путем выполнения
операций непосредственно в карьере. Фракции +0,3 м и +0,1 м в этом случае
являются кондиционным сырьем для ДСК.
Разработанная технология предусматривает
отличия.
Во-первых. По данным эксплуатационной
разведки, подготовленный к разработке уступ разделяется на отдельные блоки с
различным содержанием глины и карста. Для каждого блока разрабатывается свой
паспорт буровзрывных работ и выемки. Разведка выполняется геофизическими
методами и включает высокоточную магниторазведку и электроразведку. По данным
составляется карта прогноза и выполняется оконтуривание карста и зон с
повышенным содержанием глины. Методика эксплуатационной разведки разработана Горным
институтом УрО РАН (г. Пермь).
Во-вторых. Площадь автомобильного отвала
разбивается на зоны раздельного складирования ГМ: зону отсыпки покрывающих
пород вскрыши; зону отсыпки известняков с содержанием глины более 25 %. Зона
отсыпки известняков с содержанием глины от 4 % до 25 % образует склад
полупродукта. Горная масса из отрабатываемого блока, в соответствии с
разработанной схемой грузопотоков, направляется на ДСК, на комплекс очистки известняка
(КОИ), на склад полупродукта, в отвал. В летний период ГМ с содержанием глины
до 25 % со склада также отгружается
на КОИ.
В-третьих. Для разделения заглиненной ГМ
на фракции введен комплекс очистки известняка. Комплекс, в частном случае на
Чаньвинском карьере, примыкает к автомобильному отвалу. Схема цепи аппаратов
приведена на рис. 1. Комплекс включает установку первичной очистки (УПО) и
установку вторичной очистки (УВО).
Рис. 1. Схема цепи аппаратов комплекса очистки известняка (обозначения в тексте)
Оборудование комплекса располагается в
трех уровнях. На верхней площадке выполняют маневры автосамосвалы, прибывающие
из карьера, на средней площадке установлена УПО и передаточный конвейер, на
нижней – установлена УВО и выполняются операции по загрузке ГМ в автосамосвалы
колесным погрузчиком. УПО примыкает к подпорной стенке (5).
Автосамосвалы разгружают ГМ с размерами
кусков до 1,2 м и с содержанием глинистых фракций до 25 % в приемный бункер
(1), на приемную часть вибрационного питателя-грохота ГПТ (2). Под действием
направленных колебаний вибропривода ГМ поступает на грохотильную часть рабочего
органа, на которой разделяется на фракции ±0,3 м. Очищенный известняк
крупностью 0,3÷1,2 м через наклонный лоток поступает в штабель на нижней
площадке. Заглиненная ГМ крупностью 0,0÷0,3 м поступает в переходной
бункер и загружается на конвейер (3) с шириной ленты 1,2 м. С конвейера ГМ
поступает на УВО. Разделение ГМ на фракции ±0,1 м выполняется на наклонном
инерционном грохоте ГИТ-51М (4) с круговыми колебаниями рабочего органа. Грохотильная
поверхность выполнена в виде колосниковой решетки с открытой щелью.
Надгрохотные очищенные фракции известняка +0,1 м поступают в свой штабель, а
заглиненная ГМ фракции -0,1 м через промежуточный бункер загружается на
ленточный конвейер (6) и поступает в штабель -0,1 м. Все три штабеля ГМ
располагаются на нижней площадке. Отгрузка кондиционного известняка фракций
0,3÷1,2 м и фракции 0,1÷0,3 м производится на ДСК, заглиненных
фракций 0,0÷100 мм – в отвал. Загрузку автосамосвалов выполняет погрузчик
(7) с вместимостью ковша 10 т. На рис. 2 приведен фрагмент комплекса –
установка первичной очистки известняка. В таблице приведена краткая характеристика
КОИ.
В основу способа сухой очистки известняка
от глины на УПО заложен процесс виброразделения ГМ на сверхтяжелом
вибропитателе-грохоте ГПТ – машине нового поколения с совмещенными
технологическими функциями. В практике стран СНГ такая машина создана и
находится в эксплуатации впервые. Общий вид машины показан на рис. 3. Она
заменяет собой отдельно стоящие пластинчатый питатель тяжелого типа и виброгрохот.
Машина разработана институтом «Гипромашобогащение» совместно с УГГУ. Такие машины
обладают высокой эффективностью разделения за счет открытой щели грохотильной
секции, позволяют снизить строительные объемы и площади, снизить инвестиционные
вложения, обладают небольшой энергоемкостью и высокой производительностью [1].
Питатель-грохот принимает взорванную ГМ из автосамосвалов с крупностью кусков
до 1,2 м (высота падения ГМ 6-8 м), выполняет функции питателя и грохота,
запускается и работает под завалом, эффективно разделяет ГМ на фракции ±0,3 м,
грохотильная секция не забивается глиной. Краткая характеристика
вибропитателя-грохота ГПТ: производительность 2000 т/ч; крупность принимаемого
куска до 1,2 м; эффективность разделения 95 %; граница разделения ГМ ±0,2,
±0,3, ±0,4 м; колеблющаяся масса 30 т; амплитуда направленных колебаний 3-5 мм;
возмущающая сила вибропривода 550 кН; мощность привода 80 кВт; размеры рабочего
органа в плане 6,0×2,5 м.
Рис. 2. Установка первичной очистки известняка
При эксплуатации КОИ установлено, что в
составе заглиненной ГМ фракций 0,0÷0,1 м после вторичной очистки
содержится до 50 % известняка крупностью 0,05÷0,1 м, который можно
использовать как кондиционное сырье для ДСК. Повышение выхода очищенного
известняка может быть достигнуто путем дополнительного процесса разделения ГМ
на фракции ±0,04 м. Такой процесс может быть выполнен с использованием специального
валкового грохота «пальчикового» типа (finger-type roller bar grizzly) фирмы AUGUST MÜLLER (Германия).
При этом выход кондиционного известняка может повыситься до 75-80 %.
Таблица. Характеристика комплекса очистки
известняка
|
Показатели |
Величина |
|
Производительность по исходной ГМ, т/ч Содержание глинистых фракций, % Вместимость бункера УПО, т Граница разделения ГМ на УПО, м Эффективность разделения на УПО, % Производительность УВО, т/ч Граница разделения на УВО, м Эффективность разделения на УВО, % Вместимость штабелей на нижней площадке, т: - фракций 0,3÷1,2 м - фракций 0,1÷0,3 м - фракций 0,0÷0,1 м Производительность погрузчика, т/ч Установленная мощность приводов КОИ, кВт Выход кондиционного известняка, % Общая высота КОИ, м |
1000 4-25 90 ±0,3 90-95 300-350 ±0,1 90-95 840 120 150 2000 160 60-70 15 |
Введение новой технологии с КОИ
обеспечивает общее снижение годовых объемов добычи ГМ в карьере, продление
сроков службы месторождения, снижение потерь полезного ископаемого, снижение
затрат на выполнение отдельных процессов технологии, снижение количества
оборудования и штатных рабочих. Моделирование процессов показало, что при
заданном объеме поставки
Рис. 3. Вибрационный питатель-грохот ГПТ:
1 – рабочий орган; 2, 5 – упругая система; 3 – опорная рама; 4 – вибропривод;
6 – синхронизатор
кондиционного известняка на ДСК 2500 тыс. т в год:
общий объем добычи ГМ в карьере снижается на 17 %; объем ГМ, отгружаемой в
отвал, снижается на 40 %; потери полезного ископаемого снизились на 12 %; доля
ГМ, доставляемой на КОИ для очистки, от общего объема добычи в карьере составила
21 %; доля кондиционного известняка, дополнительно полученного в результате
очистки на КОИ, составила 18 % от общего объема, загружаемого в бункера ДСК. Расчетная
экономическая эффективность, с учетом фактических показателей карьера, достигает
более 70 млн. руб.
Автор А.
В. Юдин
Литература
Юдин
А. В., Мальцев В. А., Косолапов А. Н. Тяжелые
вибрационные питатели и питатели-грохоты для горных перегрузочных систем.
Екатеринбург, 2009. 400 с.