CC BY
379
Результаты проверки расчетов по данным графических построений
Мощность рудного тела, м Высота подэтажа (этажа) h, м Л.н.с. W, м Общая длина скважин в веере Количество скважин в веере Коэффициент увеличения длины скважины
Факт ZBCD, М Расчет Z, м Ошибка, % Факт «вер Расчет «в Ошибка, % Факт, КдФ Расчет кд Ошибка, %
40 80 5 1238 1280 +2,6 24 25 +4,1 1,72 1,78 +3,5
30 60 5 697 720 +3,3 18 18,7 +3,9 1,66 1,72 +3,5
20 40 5 300 320 +6,7 11,5 12,5 +8,7 1,50 1,60 +6,7
30 60 3 1187 1200 +1,1 31 31,1 - 1,80 1,86 +3,4
20 40 3 506 534 +5,5 20 20,8 +4 1,65 1,74 +5,5
10 30 3 176 200 +12 12 11,3 -5,8 1,47 1,54 +4,7
10 20 3 115 133 +15,6 10 10,4 +4 1,34 1,54 +15
10 10 3 65 67 +3,1 8 8,2 +2,5 1,62 1,54 -5
20 40 1,5 1064 1068 +0,4 41 42 +2,4 1,86 1,86 -
10 40 1,5 503 534 +6, 25 23,4 -6,4 1,64 1.74 +6,1
10 20 1,5 262 267 +1,9 21 20,8 -1,0 1,71 1,74 +2,0
10 10 1,5 124 133 +8,9 15 17 +13,4 1,77 1,74 -1,7
5 20 1,5 112 133 +18,7 10 12 +20,0 1,40 1,54 +10,0
5 10 1,5 60 67 +11,7 10 10,5 +5,0 1,50 1,54 +2,7
5 5 1,5 32 33 +3,1 8 8,3 +3,7 1,60 1,54 4,0
скважин, которые приведены в таблице. Отклонения фактических значений указанных величин от расчетных в основном не превышают 10%. Такая точность вполне достаточна для технико-экономическихрасчетов.
Список литературы
1. Зеленкин В.НГорбатов Ю.В. Сравнительная оценка парал-лельного и веерного расположения взрывных скважин // Изв. вузов. Горный журнал. 1970. № 2.
2. Иофин С.Л. и др. Принудительное этажное обрушение. М.: Мегаллургиздаг, 1957.
Bibliography
1. Zelenkin V.N., Gorbatov J.V. Comparative assessment of parallel and radial pattern of blastholes drilling // Bulletin of universities Mining Journal. 1970. № 2.
2. lofin S.L. et al. Artificial block caving: Metallurgiz dat, 1957.
УДК 622.35:622.271.4 Першин Г.Д., Уляков М.С.
ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОДГОТОВКИ К ВЫЕМКЕ БЛОЧНОГО ПРИРОДНОГО КАМНЯ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ
Природный камень высокой прочности (ПКВП) характеризуется входящими в его состав минералами с твердостью 6-7 по шкале Мооса (полевой шпат, кварц, слюда и др.) и его предел прочности на сжатие составляет 110-220 МПа.
ПКВП представлены не только гранитами. Среди изверженных пород существуют как глубинные (сиениты, диориты, габброиды, лабрадориты и др.), так и излившиеся (диабазы, порфириты, базальты, липариты и др.). К метаморфическим относят гнейс, кварциты.
При добыче блочного ПКВП распространенным способом извлечения является шпуровой с применением различных распорных средств: механических клиньев и гидроклиньев, НРС и ВВ (бурение и подрыв, бурение и расклинивание, бурение сплошной щели). В качестве вспомогательных процессов при проходке фланговых щелей применяются термическая резка, пиление алмазным канатом.
Одной из главных особенностей при разработке месторождений облицовочного камня является требование сохранения монолитности добываемых блоков и их декоративных качеств, обеспечение правильной геометрической формы блоков и сохранности разрабатываемого массива. Этим требованиям удовлетворяют механические способы отделения блоков и их разделка с помощью клиньев (гидроклиньев, гидрораскалывающих устройств - ГРУ), сплошное обуривание массива, использование невзврывчатых разрушающих составов или смесей (НРС) [1, 2], а также в последнее время при подготовке прочных пород к выемке в России и за рубежом применяется алмазно-канатная технология [3, 4].
Алмазно-канатное пиление еще в большей степени удовлетворяет условиям сохранения монолитности и геометрических параметров блоков. Как следствие, возможно повышение выхода товарных блоков. Появляется возможность производства блоков повы-
шенного качества при их высоком выходе.
В то же время технология с применением алмазноканатных пил обладает следующими недостатками:
• значительные затраты на алмазный канат, который подвержен высокому износу при пилении прочных пород, которые являются высоко абразивными;
• сложность пиления в зимний период;
• большое количество и неупорядоченность трещин, тектонических разломов или расщелин снижает эффективность резания и работоспособность алмазного каната. То есть необходимы благоприятные структурно-тектонические условия месторождений с преимущественно упорядоченным характером трещиноватости, которые предполагают достаточно высокую блочность пород;
• необходимо оптимальное сочетание минерало-го-петрографических характеристик и физикомеханических свойств камня, определяющих наиболее высокие параметры пилимости.
Следует отметить, что комплексы оборудования для подготовки блоков к выемке можно применять с различным выемочно-погрузочным оборудованием, например: деррик-краном, передвижным краном и погрузчиком.
В настоящее время большинство карьеров на Урале отрабатываются с использованием передвижного крана, а в зарубежной практике широкое распространение получили нетрадиционные схемы вскрытия месторождений природного камня, включающие в себя несколько видов бестраншейного вскрытия [5].
В работе представлен анализ вариантов строительства карьера с применением различных видов выемочно-погрузочного оборудования, способов подготовки камня к выемке и годовой производительности на примере Нижне-Санарского месторождения гранодиоритов.
В качестве выемочно-погрузочного оборудования приняты: деррик-кран МДК-63-1100 (наибольший вылет стрелы 40 м, грузоподъемность 63 т), фронтальный колесный погрузчик Caterpiller 992G (24 т) и автокран КС55730 (32 т). В рассматриваемых вариантах строительства карьера деррик-краном для погрузки блоков в автосамосвалы CAMC-HN3250P34C6M (20,7 т) на временном складе как вспомогательное оборудование во всех случаях предусмотрен один автокран.
В случае алмазно-канатного пиления схема отделения блоков принимается двухстадийная, пиление осуществляется карьерными машинами CBC75HPN (мощность 55 кВт, диаметр ведущего шкива 810 мм) и CBC-MD75HP (57 кВт, 810 мм) испанской компании Grupo Hedisa Cor. Бурение пилотных скважин предусматривается установкой Long hole drilling machine (пневмопривод, диаметр коронки 90 мм, Grupo Hedisa Cor.). На разделке первичного монолита (высота 6 м, длина 10, ширина 2 м) применяется установка строчечного бурения COF-2 (оборудована двумя пневмоперфораторами с ожидаемой технической производительностью на гранитах 0,6 м/мин каждый, Grupo Hedisa Cor.), ручные пневмоперфораторы ПП-63 отечественного производ-
ства (0,19 м/мин), механические клинья и пневмомолоток. При шпуровом способе подготовки камня к выемке также предусмотрены ручные перфораторы. Отделение блоков осуществляется по одностадийной схеме, шпуры диаметром 36 мм бурятся самоходной установкой DC 120 (Sandvik, Финляндия), которая оборудована одним гидр о перфоратором марки HEX 1. Расчетная техническая производительность буровой установки в условияхНижне-Санарского месторождения составляет
0,79 м/мин. Удаление рыхлой вскрыши осуществляет экскаватор Hyundai R250LC-7 (емкость ковша 1,27 м3, для дробления скальной вскрыши предусмотрено сменное оборудование - гидромолот F20, энергия удара 5000 Дж). В числе вспомогательного оборудования бульдозер Б-170 и погрузчик К-701 (5 т).
Юго-Восточный участок Нижне-Санарского месторождения облицовочных гранодиоритов наждится на территории Троицкого районного муниципального образования Челябинской области в 2,0 км к юго-востоку от поселка Нижняя Санарка. Районный центр - г. Троицк располэжен в 12 км к востоку от месторождения.
Нижне-Санарское месторождение приурочено к южной части Санарского интрузивного массива. В плане Санарский массив имеет овально-вытянутую форму, несколько сужен к северу и расширен к югу. Протяженность массива по простиранию составляет 30-40 км, а в крест простирания 10-15 км. Массив в районе Ниж-не-Санарского месторождения сложен, большей частью плагиогранитами и гранодиоритами, среди которых выделяются тела кварцевых диоритов, габбро-диоритов и диабазовыхпорфиритов.
Вскрышные работы во всех рассматриваемых случаях предусмотрено производить двумя уступами. Первый - снятие рыхлой вскрыши; второй - выемка скальной вскрыши над продуктивным слоем.
Схема разработки Нижне-Санарского месторождения на момент строительства карьера с применением для выемки блоков автокрана (а) и погрузчика (б) представлена на рис. 1 (проектная производительность по блокам 6 тыс. м3/год подготовка блоков к выемке предусматривается с помощью механических клиньев, гидроклиновых установок, с применением распорных средств типа НРС).
На схеме автокран размещен на верхней площадке добычного уступа, такое расположение позволяет сократить срок строительства карьера за счет уменьшения рабочей площадки. После соответствующего разноса рабочей площадки предполагается отсыпка съезда и размещение крана на рабочей площадке. Погрузчик размещен на рабочей площадке. Для заезда на рабочую площадку погрузчиком требуется создание наклонного съезда, что увеличивает срок строительства карьера.
Схема разработки Нижне-Санарского месторождения на момент строительства карьера с применением для выемки блоков - деррик-крана (а) и погрузчика (б) представлена на рис. 2 (проектная производительность по блокам 14,4 тыс. м3/год, подготовка блоков к выемке предусматривается с помощью алмазно-канатныхпил).
На схеме деррик-кран размещен на кровле скальной вскрыши, такое расположение позволяет значительно
Рис. 1. Схема разработки Нижне-Санарского месторождения с применением шпуровой технологии для добычи блоков: 1 - горизонт рыхлой вскрыши; 2 - добычной горизонт; 3 - погрузчик; 4 - автокран; 5 - шпуры для откола блока; 6 - горизонт скальной вскрыши; 7 - граница горного отвода; 8 - ось дороги. Производительность 12000 м3 в год по гранодиоритам (6000 м3 по товарным блокам): а - выемка и погрузка автокраном; б - погрузчиком
Рис. 2. Схема разработки Нижне-Санарского месторождения с применением алмазно-канатной технологии для добычи блоков: 1 - граница горного отвода; 2 - автокран; 3 - склад блоков; 4 - деррик-кран; 5 - добычной горизонт; 6 - алмазно-канатная машина; 7 - горизонт скальной вскрыши; 8 - ось дороги; 9 - горизонт рыхлой вскрыши; 10 - погрузчик. Производительность 24000 м3 в год по гранодиоритам (14400 м3 по товарным блокам):
а - выемка и погрузка автокраном; б - погрузчиком
сократить срок строительства карьера за счет снижения объемов скальной вскрыши.
На рис. 3 представлены графики зависимости капитальных затрат и общей рентабельности от производительности при различных способах подготовки камня к выемке.
Представленные на рис. 4 данные показывают, что наименьший срок окупаемости карьера ожидается при использовании для выемки и погрузки блоков деррик-крана. Его применение при выемке прочных пород наиболее рационально при использовании для подготовки блоков к выемке алмазно-канатных пил, так как при шпуровой отбойке блоков характерна большая протяженность фронта горных работ.
Чистый дисконтированный доход (ЧДД) дает абсолютную оценку принятых решений. В рассматриваемом периоде (10 лет) проект эффективен (ЧДД>0) в варианте выемки блоков деррик-краном с использованием алмазно-канатных пил при производительно-
Капптальные затраты
300
250
200
Ю
| 150 5 2
100
50 0
12000 24000 36000
Производительность по гранодиоритам, м3/год
Общая рентабельность
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
12000 24000 36000
Производительность по гранодиоритам, м3/год
Деррик-кран. Шпуровой способ подготовки блоков к выемке Деррик-кран. С применением алмазно-канатных пил • Передвижной кран. Шпуровой способ подготовки блоков к выемке Передвижной кран. С применением алмазно-канатных пил
— А- Погрузчик. Шпуровой способ подготовки блоков к выемке
— Лг Погрузчик. С Применением алмазно-канатных пил
Рис. 3. Графики зависимости капитальныхзатрат и общей рентабельности от производительности при различных способах подготовки камня к выемке и применении различного выемочно-погрузочного оборудования
сти 24000 и 36000 м3/год.
Индекс дождности (ИД) характеризует уровень относительной эффективности проекта. Проект эффективен (ИД>1) также в случае применения деррик-крана.
Недостатками использования деррик-крана являются:
- необходимость периодической передвижки, что потребует дополнительных затрат (планируемый период передвижки - около 3 лет);
- низкая скорость подъема и опускания груза;
- сложность работы при сильном ветре;
- ограниченная зона работы деррик-крана;
- целесообразность использования при значительной глубине карьера и освоении нагорных месторождений.
Преимущества использования деррик-крана:
- снижение срока строительства карьера;
- снижение капитальных затрат;
- уменьшение площади горного отвода;
- увеличение угла откоса борта карьера.
Преимуществами использования погрузчика являются:
- возможность обслуживать несколько горизонтов одной единицей техники;
- возможность отрабатывать различные участки месторождения в зависимости от требований заказчика к качеству камня.
Основные недостатки погрузчика - это значительная стоимость и необходимость вскрытия нового горизонта капитальной траншеей, что увеличивает как срок формирования нового горизонта, так и срок строительства карьера. В связи с чем эффективным применение погрузчика будет при достаточно большой производительности карьера.
Основным недостатком использования передвижного крана является низкий коэффициент использования оборудования, так как каждый добычной участок должен обслуживаться одним краном, что, в свою очередь, повышает капитальные затраты как на строительство, так и эксплуатацию карьера.
В настоящее время на гранитных карьерах в Европе для выемочно-погрузочных работ, а иногда и при транспортировке, повсеместно применяется погрузчик грузоподъемностью 35-40 т со сменным ковшом (вилы, кочерга). В числе этих стран мировые лидеры в добыче блочного ПКВП: Испания, Норвегия, Финляндия и др. В Италии при разработке месторождений гранита, сосредоточенных главным образом на о. Сардиния, также применяют погрузчики, отказываясь от деррик-кранов, даже в случае нагорных месторождений и малой производительности. Это говорит о том, что недостатки использования деррик-крана на практике существенно уменьшают его экономическую привлекательность.
Результаты сравнения подготовки блоков к выемке шпуровым способом и алмазно-канатным резанием показывают, что резание алмазным канатом можно рекомендовать на уральских месторождениях бес-кварцевых разновидностей серпентинита, пироксени-та и некоторых других пород высокой прочности после проведения экспериментов в производственных условиях Резание алмазным канатом в прочных породах целесообразно только в случае высокой вязко-
Доли ед.
12000 24000 36000
Производительность по гранодиоритам, м*/год
Индекс доходности
Производительность по гранодиоритам, м5/год
Деррик-кран. Шпуровой способ подготовки блоков к выемке Деррик-кран. С применением алмазно-канатных пил
# Передвижной кран. Шпуровой способ подготовки блоков к выемке
# Передвижной кран. С применением алмазно-канатных пил — ^ Погрузчик. Шпуровой способ подготовки блоков к выемке ™ к* Погрузчик. С Применением алмазно-канатных лил
Рис. 4. Графики зависимости срока окупаемости, чистого дисконтированного дохода и индекса доходности от производительности при различных способах подготовки камня к выемке и применении различного выемочно-погрузочного оборудования
сти и плохой раскалываемости их, а также при выемке высокодекоративных пород. На хорошо раскалывающихся горных породах буроклиновой способ подготовки к выемке блочного камня эффективнее резания.
На горных породах высокой прочности и повышенной абразивности с относительно невысоким сопротивлением на растяжение должны применяться преимущественно двухстадийные технологические схемы, основанные на строчечном бурении по контуру с последующим отколом. Здесь более рационально использование высокоуступных технологических схем с бурением на глубину 5-6 м.
Представленные данные указывают на необжди-мость выбора рационального выемочно-погрузочного оборудования и способа подготовки блоков к выемке для конкретных условий разработки.
Список литературы
1. Пшеничная Е. Г., Першина Н. Г. Экспресс-метод оценки работоспособности НРС в лабораторных условиях // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. трудов. Магнитогорск, 2008. С. 106-113.
2. Першин Г. Д., Пшеничная Е. Г. Технико-экономическое обоснование оптимальных параметров подготовки гранитных блоков к выемке с помощью НРС // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. трудов. Магнитогорск, 2002. С. 28-35.
3. Савельев Г. П. Опыт применения технологии добычи гранит -ных блоков алмазно-канатными пилами (карьер Восточно-Варламовского месторождения гранитов) // Камень вокруг нас. 2007. С. 8-9.
4. Синельников 0. Б. Норвежские лабрадоритовые карьеры в районе г. Ларвик // Камень вокруг нас. 2009. С. 21-25.
5. Бычков Г. В., Кокунин Р. В. Оптимальные способы вскрытия рабочих горизонтов на перспективных и эксплуатирующихся месторождениях природного камня // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. трудов. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2007. С. 83-92.
Bibliography
1. Pshenichnaya E.G., Pershina N.G. Express-method of the estimation to capacity to work NRS in laboratory condition // Mining, processing and using natural stone: collection of the scientific works. Magnitogorsk, 2008. P. 106-113.
2. Pershin G.D., Pshenichnaya E.G. Feasibility study optimum parameter preparation granite block to extraction by means of NRS // Mining, processing and using natural stone: collection of the scientific works. Magnitogorsk, 2002. P. 28-35.
3. Saveliev G.P. Experience of the using to technologies of the mining granite block diamond-rope saw (the quarry Vostochno-Varlamovskoe deposit granite) // Stone around us. 2007. P. 8-9.
4. Sinelnikov O.B. Norwegian labradority quarries in region Larvik // Stone around us. 2009. P. 21-25.
5. Bychkov G.V., Kokunin R.V. Optimum ways of the opening worker horizon on perspective and exploiting deposits natural stone // Mining, processing and using natural stone: collection of the scientific works. Magnitogorsk: SEI HPE «MGTU», 2007. P. 83-92.
