Определение параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных комплексов

Одной из основных отраслей российской экономики является строительная отрасль. Значительные объёмы жилищного и промышленно-гражданского строительства, а также рост государственных инвестиций в дорожное строительство вызвали необходимость увеличения добычи и переработки основных нерудных материалов: щебня, гравия и песка. Производственные мощности существующих с советских времен стационарных щебеночных комбинатов уже не справляются с запросами рынка, поэтому для увеличения объема производства требуется техническое переоснащение морально устаревшего дробильного оборудования.

Наряду с поставками стационарных дробильно-сортировочных комплексов стал развиваться и рынок мобильного дробильного оборудования. Это обстоятельство позволило включать в процесс разработки небольшие карьеры, отвалы вскрышных пород и месторождения песчано-гравийных смесей, на которых строительство стационарных дробильных заводов ранее было нерентабельно. Мобильность таких дробильно-сортировочных комплексов позволяет быстро менять технологическую схему переработки первичного материала и получать конечные фракции щебня по количеству, качеству и размеру соответствующие запросом заказчика.

Появление на рынке мобильного дробильного оборудования позволило решить и одну из проблем по утилизации строительного мусора и железобетонных конструкций, которая начинает остро вставать в крупных городах и мегаполисах. Возможность получения качественного, но более дешевого вторичного щебня привело к появлению на рынке нового направления — рециклинг или ресайклинг материалов.

Выбор технологии и конкретных моделей оборудования для производства щебня зависит от вида перерабатываемого материала, его абразивности, качества и назначения готового продукта, требуемого процентного отношения кубовидных зерен, предполагаемой производительности.

Для предприятий по производству щебня особенностью является то, что качество исходной горной породы в забое целиком определяет эффективность её переработки на рабочей площадке. Производственные мощности карьера и дробильного комплекса должны быть увязаны таким образом, чтобы потребность комплекса в исходном сырье полностью удовлетворялась с учетом потерь и отходов при дроблении. Технологическая увязка между технологическими процессами карьера и дробильным комплексом заключается в обеспечении соответствия максимальных размеров кусков породы и приемных отверстий дробилок, а также в обеспечении постоянного гранулометрического состава исходной горной породы, поступающей на переработку.

В зависимости от вида перерабатываемого сырья и требований к готовой продукции технологические схемы производства щебня включают следующие основные операции: щековое, конусное и роторное дробление. В основу данных способов дробления положены принципы «раздавливание, удар и истирание». В отличие от стационарных комплексов мобильные установки монтируются оперативно — в течение нескольких часов. Для их перевозки не требуется значительных трудозатрат, а для эксплуатации достаточно минимума вспомогательного оборудования. Использовать мобильные установки — значит получать дополнительную прибыль (в т. ч. и благодаря использованию снижающих расход топлива более эффективных двигателей и прямого привода), работать более безопасно и эффективно, чем на стационарных комплексах.

Достаточно подсчитать затраты на производство фундаментов, установку опорных металлоконструкций, подъемную технику и рабочую силу (все это необходимые составляющие монтажа стационарных установок), чтобы оценить преимущества мобильных.

Одна мобильная установка (колесная или гусеничная) способна обслуживать несколько карьеров с объемом производства до 1 млн. т. в год. Кроме того, использование мобильных установок позволяет уменьшить число операторов, необходимых для эксплуатации дробильно-сортировочного комплекса.

ВЫВОДЫ.

1. Оптимальное значение длины фронта работ при конвейерном транспорте составляет 770 — 850 м для условий карьеров НСМ, отрабатываемых системой экскаватор — мобильный дробильный комплекс.

2. Оптимальное значение длины фронта работ при автомобильном транспорте составит 250 — 270 м, для условий карьеров НСМ, отрабатываемых системой экскаватор — мобильныи дробильныи комплекс.

3. Анализ чувствительности важнейших факторов — критических переменных, способных наиболее серьезно повлиять на результаты реализации проекта, и проверка воздействия последовательных (одиночных) изменений факторов на эти результаты проекта выявил, что по степени важности переменных можно выделить 3 типа данных, оказывающих влияние на важность исследуемого параметра:

Высокая важность — коэффициент дробимости, время смены, выход готовой продукции, насыпная масса материала, коэффициент использования рабочего времени, количество материла поступающего на последнюю стадию дробления, насыпная масса готовой продукции.

Средняя важность — эксплуатационная производительность мобильного дробильно-сортировочного агрегата.

Низкая важность — ширина заходки, количество перестановок МДК, время перестановки МДК, высота уступа, длина экскаваторного блока.

4. Оптимальная производительность карьера по производству кубовидного щебня, с использованием мобильных дробильных комплексов, при проектировании открытой разработки месторождений НСМ, должна определяться с учетом спроса по фракциям щебня по критерию максимум чистой текущей стоимости (МРУ), при равенстве относительных увеличений себестоимости и дохода.

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГРАНИТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОБИЛЬНЫХ ДРОБИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ.

4.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА.

ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

При подготовке обоснования использовалась база данных по карьерам и месторождениям-аналогам.

Месторождение «Гранитное» расположено в республике Карелия. Восточнее участка проходит автомагистраль Санкт-Петербург — Мурманск, от которой до участка можно проехать по просекам и лесовозным дорогам. Площадь участка для строительства составляет 107,4 га, и покрыта хвойным лесом (леса II группы). Рельеф местности холмисто-равнинный.

Участок разработки приурочен к многовершинной возвышенности с отметками 154 — 160 м. Участок покрыт хвойным лесом и относится к землям лесного фонда. Участок имеет статус горного отвода. Рельеф местности холмисто-равнинный. В 100 — 500 м к западу от контура участка находится группа небольших изолированных озер. Озера имеют охранную зону 50 м.

Климатические условия характеризуются сравнительно мягкой зимой и умеренно теплым летом. Средняя температура января — 10 °C, июля +16°С. Продолжительность периода со среднесуточной температурой ниже -5° С составляет 110 — 120 дней, с температурой выше +10° С — 100 — 120 дней. Годовое количество осадков 600 — 650 мм, при этом около трети осадков выпадает в виде снега. Снеговой покров высотой до 100 см держится с ноября по май. Глубина промерзания почвы зависит от мощности снегового покрова и варьирует от 0,5 м до 1,6 м.

Участок имеет статус горного отвода. Глубина распространения горного отвода — 70,0 м от земной поверхности. Рельеф местности холмисто-равнинный.

Возможность выпуска широкого ассортимента продукции и высокое качество позволяет предприятию сегодня работать в пяти отраслевых сегментах рынка одновременно:

• рынок щебня для железнодорожного строительства;

• рынок щебня для строительства автомобильных дорог;

• рынок щебня и фракционированного песка для домостроительных комбинатов и заводов железобетонных изделий;

• рынок песочно-щебеночных смесей и фракционированного песка для жилищно-коммунального хозяйства и декоративно-парковой индустрии.

Положение предприятия на рынке производителей нерудных материалов связано, прежде всего, с высоким качеством выпускаемой продукции.

Потенциальными потребителями продукции являются ведущие организации строительной индустрии, расположенные в Северо-Западном и Центральном регионах России.

Октябрьская железная дорога в состоянии вывезти в центральные районы 11−12 млн. т щебня в год. Возможности вывоза щебня водным транспортом 5 -6 млн. т в год.

В Северо-Западном федеральном округе добычей и реализацией нерудных материалов занимаются более 200 хозяйствующих субъектов. При этом, наибольшие объемы добычи и реализации песка, щебня и гравия осуществляются в Санкт-Петербурге (Группа JICP, ПО «Ленстройкерамика»), Ленинградской области, Архангельской области и Республике Карелия.

Потребительские возможности рынка нерудных строительных материалов прямо связаны с развитием гражданского и промышленного строительства, перспективами сооружения новых транспортных коммуникаций. Реализация крупных объемов фракций щебня, используемого для заполнения бетонных и железобетонных конструкций, связана со строительством новых морских портов в Усть-Луге, Ломоносове, Приморске, бухте Батарейной, строительством окружной автомобильной дороги и дамбы.

Участок расположения месторождения имеет благоприятное расположение вблизи Октябрьской железной дороги. Горнотехнические условия разработки сравнительно простые.

Горная порода отличается высоким качеством. Щебень, произведенный из нее является конкурентоспособным.

Для обеспечения безопасности на объектах инфраструктуры предприятия установлены следующие зоны (СанПин 2.2.½.1.1.984−00 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов»):

• по разлету осколков для людей — 450 м;

• по разлету осколков для механизмов — 250 м;

• по ударно-воздушной волне для зданий с остеклением — 650 м;

• санитарно-защитная зона — 500 м.

По границе взрывоопасной зоны на площади 1,4 га оборудуется просека.

Общая площадь земельного участка под объекты предприятия 110 га. На площадке строительства существующих зданий и сооружений нет.

В составе предприятия предусмотрено размещение следующих объектов: карьеротвал вскрышных пород (2 ед.) — отвал отсевов дробленияпруды отстойники (3 ед.) — откаточная автодорога автодорога площадка подсобно-вспомогательных сооруженийоткаточная дорога на карьер.

Для транспортной связи карьера предусмотрено строительство откаточной автодороги, протяженностью 0,4 км (с учетом съезда) со щебеночным покрытием, ширина проезжей части 17 м, ширина обочин 2,5 м. Заезд на отвал с откаточной автодороги. Ширина проезжей части принята 6,5 м, ширина земляного полотна составляет 26,0 м, с учетом размещения ориентирующих грунтовых валов на обочинах. Дорога строится в насыпи на естественном грунтовом основании.

Промплощадка расположена в 0,4 км к югу от границы карьера. Площадка строительства свободна от застройки. Проектом предусмотрена рубка леса. Почвенно-растительный слой до 0,2 м удаляется при корчевании пней.

Площадка строительства располагается на территории с близким к дневной поверхности залеганием скальных грунтов, перекрытых маломощным чехлом четвертичных отложений. Рельеф грядово-холмистый. Грунтовые воды приурочены к понижениям в рельефе и зафиксированы на абсолютных отметках 135 — 137 м.

Отвалы вскрышных пород размещается у северо-западного и южного бортов карьера. При отработке нагорной части месторождения отведение карьерных вод осуществляется по проектируемым уклонам горизонтов к склону горы. Карьерные воды собираются водоотводным канавами и самотеком отводятся на очистку в пруды-отстойники.

Геоморфологически месторождение представлено холмисто-грядовым рельефом. Возвышенности вытянуты в западном и северо-западном направлении и осложнены небольшими грядами, разделяющие их низины слабо заболочены. Протяженность возвышенностей 0,4 — 0,7 км, ширина от 150 — 200 м до 430 м. Разделяющие их низины имеют протяженность 300 — 900 м, при ширине 30 — 100 м. Абсолютные отметки возвышенностей 142,4 — 156,4 м, относительные превышения до 10 — 20 м.

Площадь месторождения представляет собой поле развития гранитов надвоицкого диорит-гранодиорит-гранитового комплекса, сложенного гранитами двух фаз, с мелкими редкими телами габброидных горных пород мощностью 5- 20 м, протяженностью до 30−50 м.

Преимущественным распространением пользуются плагиоклазовые граниты, слагающие центральную часть месторождения, плагио-микроклиновые граниты развиты по его периферии.

Плагиоклазовые граниты слагают 90% полезной толщи месторождения и представляют собой неоднородные по строению породы: серые, розовато-серые, розовые, крупно-мелко-среднезернистые, средне-мелкозернистые, мелко-среднезернистые, массивные и гнейсовидные. Азимут простирания гнейсовидности варьирует от 280° до 330°, падение на СВ, углы падения 45° -80°.

Плагиомикроклиновые и микроклиновые граниты (8%) развиты в северовосточной части месторождения. Породы от красного до серовато-розового цвета, крупно-среднезернистые, участками пегматоидные, массивной, редко нечетко гнейсовидной текстуры. Минералогический состав: (от — до/среднее, %): плагиоклаз 25 — 48/36,5, микроклин 28 — 58/43, кварц 16 — 17/16,5, биотит 0 -5/2,5, мусковит 0 — 3/1,5. Акцессорные минералы представлены единичными зернами эпидота, сфена, апатита, кальцита, серицита. Структура: гипидиоморфнозернистая, гранитная, цементная, текстура массивная и гнейсовидная.

Вторичные изменения развиты слабо, в основном, в приповерхностной зоне и вдоль трещин и характеризуются развитием гидроокислов железа, помутнением и пелитизацией полевых шпатов, осветлением пород. Видимая мощность монолитной коры выветривания не превышает 2−3 см.

Таким образом, полезная толща месторождения представляет собой массивную залежь интрузивных пород с ненарушенным залеганием и выдержанными параметрами физико-механических свойств.

По сложности геологического строения относится к 1 группе, в соответствии с «Классификацией запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых».

Вскрышные породы залегают прерывистым чехлом и представлены торфяно-болотными отложениями и ледниковыми супесями с гравием, галькой, валунами и глыбами. Мощность вскрышных пород от 0 до 8 м, увеличивается в ложбинах между возвышенностями и низинах, примыкающих к озерам. Средняя мощность вскрышных пород в контуре запасов промышленной о категории С1 — 1,5 м, объем вскрышных пород — 860 тыс. м. Объемный.

3 3 коэффициент вскрыши 0,055 м /м .

Полезное ископаемое представлено гранитами. Породы разнозернистые, массивные, трещиноватые. Коэффициент крепости пород по Протодьяконову 9 — 12, категория крепости по СНиП 1У-5−82-УШ-1Х, по трудности разрушения породы относятся к классу скальные средней трудности разрушения, категория 12. Устойчивый угол откоса в сухой и обводненной частях 90°, коэффициент разрыхления 1,5. Мощность полезной толщи от 20 до 44 м, средняя 33 м. Крупных разрывных нарушений не зафиксировано. По трудности экскавации вскрышные породы относятся ко II и IV категориям по СНиП 1У-2−82.

Участок недр является месторождением гнейсо-гранитов и расположен в северной части крупного интрузивного массива диорит-гранодиорит-гранитовой формации, относящегося к Кочкомскому комплексу архейского возраста, слагающего купольную структуру Телекинской блок-антиклинали. Гранитоиды плагио-микроклинового состава подвержены метаморфизму, что позволило называть их гнейсо-гранитами.

Гидрогеологические условия месторождения характеризуются наличием грунтовых вод в прерывистом слое четвертичных отложений и подземных, трещинных вод в скальных породах. Вследствие отсутствия выдержанных водоупорных слоев, грунтовые и трещинные воды связаны между собой. Грунтовые воды поровые, безнапорные, открытого типа. Статические уровни устанавливаются на уровне поверхности земли (пониженные, заболоченные участки) и ниже — до глубины 1 — 2 м. Разгрузка этого типа вод осуществляется в пониженные участки рельефа и частично в водоносный горизонт трещинных вод.

Водообильность скальных пород напрямую связана со степенью их трещиноватости. Трещиноватость пород характеризуется неравномерной (от сильной до слабой) степенью.

Прогнозные водопритоки в карьер рассчитаны в соответствии с имеющимися гидрогеологическими, гидрометеорологическими и гидрологическими условиями, а также размерами и формой будущего карьера в плане и разрезе. Таким образом, водопритоки в карьер будут складываться из водопритоков за счет дождей, снеготаяния и подземных вод.

Гидрогеологические условия отработки простые. Обводнение карьера будет осуществляться за счет атмосферных осадков и подземных вод. Горнотехнические условия месторождения позволяют производить его разработку открытым способом, сверху вниз, горизонтальными уступами. Водопротоки не превышают 3 л/сек.

Значение суммарной удельной эффективности активности естественных радионуклидов (Аэфф) гранитов месторождения, определенные гамма-спектрометрическим способом по отобранным пробам, изменяются от 100−215 бк/кг. По содержанию естественных радионуклидов граниты относятся к I классу строительных материалов. Породы I класса могут использоваться для всех видов строительных работ.

Запасы полезного ископаемого на месторождении утверждены.

3 3 экспертной комиссией по категориям: С] - 18 496,8 тыс. м, С2 — 5581,4 тыс. м (строительный камень для производства щебня). Проектируемым карьером к отработке принимаются утвержденные запасы полезного ископаемого категории С] на срок действия лицензии на право пользования недрами.

Граница карьера по поверхности принята:

• по вскрышным породам с учетом внешнего разноса вскрышного уступа за контур карьера. При этом на кровле оставляется берма механизированной очистки шириной 5 — 6 м;

• по полезному ископаемому вдоль контура подсчета запасов категории С1 с внутренним и частично внешним заложением борта карьера.

Граница карьера по нижнему горизонту принята на отметке +110 м (нижняя граница подсчета запасов категории С1).

Граница карьера на глубину определена с учетом конструкции борта в конечном положении:

• рабочие уступы при их погашении сдваиваются до высоты 20 м;

• углы откосов уступов в конечном положении определены в соответствии с физико-механическими свойствами пород: по рыхлой вскрыше -35°- по полезной толще — 70°;

• между сдвоенными уступами оставляются бермы механизированной очистки шириной 10 м на горизонте +130 м.

Ширина постоянных съездов на рабочие горизонты принимается 26 м.

Физико-механические свойства гранитов представлены в табл. 4.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования и разработки методов определения оптимальных параметров и показателей открытой разработки, с учетом горнотехнических особенностей месторождений нерудных строительных материалов, отрабатываемых с использованием мобильных дробильных комплексов для производства кубовидного щебня, обеспечивающих повышение эффективности и достоверности реализации проектных решений.

Основные научные и практические выводы:

1. В результате анализа литературных источников по теории проектирования горнотехнических систем, опыта проектирования и разработки карьеров-аналогов, доказана необходимость разработки и совершенствования методов определения параметров и показателей открытой разработки месторождений нерудных строительных материалов, отрабатываемых с использованием мобильных дробильных комплексов для производства кубовидного щебня.

2. Установлены аналитические зависимости для определения оптимальной длины фронта работ при автомобильном и конвейерном транспорте в условиях карьеров, разрабатывающих месторождения нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных комплексов.

3. Определено оптимальное значение длины фронта работ для условий карьеров НСМ, отрабатываемых системой экскаватор — мобильный дробильный комплекс, составляющее 770 — 850 м при конвейерном транспорте и 250 — 270 м — при автомобильном транспорте.

4. Выявлена степень влияния параметров и показателей системы разработки на производительность карьера, определённую по установленной зависимости, учитывающей геологические, горнотехнические и зависимости, учитывающей геологические, горнотехнические и организационные факторы использования мобильных дробильных агрегатов для разработки карьеров нерудных строительных материалов: высокаякоэффициент дробимости, эксплуатационная производительность мобильного дробильно-сортировочного агрегата, время смены, выход готовой продукции, насыпная масса материала, коэффициент использования рабочего времени, количество материла поступающего на последнюю стадию дробления, насыпная масса готовой продукции.

5. Обоснован метод определения оптимальной производительности карьера по производству кубовидного щебня, с учетом спроса по фракциям щебня, по критерию максимум чистой текущей стоимости (NPV), при равенстве относительных увеличений себестоимости и дохода.

6. Доказано, что определение производительности карьеров НСМ с учетом спроса следует проводить по принципу предельности, согласно которому для определения оптимума сравниваются дополнительные издержки, возникающие при увеличении производительности карьера, с ценностью дополнительно полученного объема щебня.

7. Установлена аналитическая зависимость для определения производительности горнотехнической системы экскаватор-мобильный дробильный комплекс для карьеров НСМ по производству щебня.

8. Доказано, что выбор вида механизации для карьеров НСМ по производству щебня определяется крепостью разрабатываемых пород, системой разработки, производительностью карьера и степенью соответствия вида механизации поточности производства, совмещения и независимости технологических процессов.

9. Выявлены природные, технологические и экономические факторы, влияющие на выбор оборудования при формировании структуры комплексной механизации производства горных работ на карьерах НСМ.

10. Повышение эффективности отработки месторождений нерудных строительных материалов с использованием мобильных дробильных комплексов обеспечивают технологические схемы, основанные на цикличной технологии, с применением фронтальных колёсных погрузчиков и межуступных, мобильных телескопических конвейеров для равномерной загрузки вторичных и последующих стадий дробления на смежном уступе.

Реализация разработанных методов определения оптимальных параметров и показателей системы открытой разработки, с учетом горнотехнических особенностей месторождений нерудных строительных материалов, отрабатываемых с использованием мобильных дробильных комплексов для производства кубовидного щебня, проведена при проектировании карьера «Гранитный».

Методики и проектные решения, полученные в результате исследований, могут быть внедрены в проектных организациях и на карьерах нерудных строительных материалов, отрабатываемых с использованием мобильных дробильных комплексов для производства кубовидного щебня.