Карьерный комбайн WIRTGEN 2100 SM на добыче бокситовой руды
Управление бокситов Киндии (УБК) эксплуатирует месторождение бокситов Дебеле бокситовой провинции Киндия, расположенное в 100 км восточнее столицы республики Гвинея г.Конакри.
Рудник Дебеле производственной мощностью 3 млн. т руды в год введен в эксплуатацию в 1974 году по двухстороннему соглашению с СССР с целью поставки бокситовой руды в СССР Одним из основных потребителей сырья является Николаевский глиноземный завод (Украина).
Производственная мощность рудника обеспечивается одновременной работой трехучастков, на которых эксплуатируется четыре карьера.
Руда и каменистая вскрыша разрабатываются с помощью буровзрывных работ. На бурении взрывных скважин диаметром 160 мм используются станки шнекового бурения СВБ-2М и УГБ-50. Взрывание в сухой сезон осуществляется с помощью смеси АС+ДТ, во влажный Сигмажель.
В качестве погрузочного оборудования используются экскаваторы-мехлопаты ЭКГ-5А (3 шт.) и колесные погрузчики Caterpillar 988 В (2 шт.).
От карьеров бокситовая руда в автосамосвалах БелАЗ-548 грузоподъемностью 42 т транспортируется к отделению дробления на расстояние 1.85 км (Центральная залежь) и 4.6-5.4 км (Северо-Западная залежь).
Бокситовые залежи представлены сложноструктурными пластами малой и средней мощности, а перекрывающие породы -покровными суглинками.
Бокситы в основном представлены каменистыми (54%) и рыхлыми (46%) разновидностями, первые представляют собой трещиноватые породы, состоящие из глыб и блоков величиной от 0.2 до 1-2 и более метров (в среднем 0.4-0.6 м), вторые -мелкими глыбами каменистых разностей с щебенисто-дресвяно-глинистым заполнителем в количестве от 50 до 90%, часто слабо цементирующим крупные обломки. Глинистая фракция в заполнителе, как правило, не превышает 5-10%.
Характерной особенностью бокситов является наличие в них интервалов с низким содержанием глинозема в виде гнезд или линз площадного развития. Подобные безрудные интервалы, сложенные некондиционными бокситами и определенные по данным опробывания скважин, отмечаются повсеместно. Мощность их составляет от 1 до 3 метров. Содержание полезных и вредных компонентов изменяется соответственно от 30 до 40% Аl2Оз и от 3 до 10% SiO2.
При подсчете запасов, исходя из традиционной технологии с применением буро-взрывных работ, эти прослои включены в контуры рудных тел.
В этих условиях существующая горная техника и, соответственно, традиционная технология, имеющая ограниченные возможности в части селективной выемки, не может обеспечить качественную выемку полезного ископаемого из недр.
Одновременно по данным рудника в охранных целиках в настоящее время на Центральной и Малых залежах оставлены запасы в количестве соответственно около 1.6 и 3.3 млн.т, которые при существующей технологии с применением буровзрывных работ не могут быть отработаны.
В этой связи весьма актуальным являлся поиск альтернативных технологий, обладающих лучшими показателями в области селективной выемки и большей безопасностью,
Новая технология с использованием карьерных комбайнов Wirtgen Surface Miner при разработке скальных пород обеспечивает безвзрывную, тонкослоевую выемку с получением в забое мелкокускового материала, не требующего последующего крупного и среднего дробления, что позволяет снизить затраты производства.
После выполнения соответствующего технико-экономического обоснования фирма Raznoimport Trading Company of Guinea приобрела комбайн Wirtgen 2100 SM, а горное общество G.U.A.M. в ноябре 2000 г. запустило его в эксплуатацию.
Первоначально при пуске комбайна в эксплуатацию одной из основных задач было установление принципиальной возможности производительной разработки бокситовых руд в условиях повышенной влажности при жарком тропическом климате, а также определение эксплуатационных параметров работы комбайна и влияние их на фракционный состав горной массы.
К началу добычных работ по новой технологии на участке Центральный в пределах целиков взрывоопасных зон были выделены запасы, представляющие собой залежь, разделенную безрудными зонами на три прилегающих друг к другу участка и на них оконтурены карьерные поля NN1-3 с запасами от 100 до 300 тыс. т. На карьере N 1 был подготовлен участок размерами 250-300х70-100 м, с поверхноста которого бульдозером были удалены кустарник и отдельные деревья с перемещением остатков растительности и растительного слоя в выработанное пространство ранее действовавшего карьера.
Рельеф поверхности рабочей площадки был осложнен неровностями. Для начала работ была выбрана наиболее высокая часть рабочей площадки с размерами подлинной стороне около 100-120 м.
Одновременно, исходя из возможностей и особенностей новой тонкослоевой технологии, на карьерном поле N1 была произведена доразведка с уточнением контура балансовых запасов бокситовых руд, в результате которой были приращены запасы в количестве около 15 тыс. тонн со средним содержанием Аl2Оз -47% и выемочной мощностью около 1 метра.
При традиционной технологии указанные запасы относились к потерям.
Первый и второй проходы комбайном были выполнены вдоль границ будущего карьера: по длинной стороне -вдоль верхней бровки нижележащего уступа со сбросом фрезеруемой горной массы через разгрузочный конвейер на нижний горизонт, по торцам -за пределы карьера, а также с погрузкой в автосамосвалы и последующей вывозкой в отвал.
В период подготовительных работ (с 19.10 по 16.11.2000 г.), которые включали выравнивание площадки, зачистку кровли рудного пласта и строительство склада руды в основном из некондиционных руд, было удалено около 12 тыс.т скального грунта.
В дальнейшем, начиная с 17 ноября 2000 года, добываемый боксит грузился комбайном в автосамосвалы КрАЗ-256 и транспортировался на прирельсовый склад, расположенный на расстоянии около 1.5 км от места добычных работ.
По мере понижения площадки фронт постоянно увеличивался, хотя с достижением новых отметок выполнение вспомогательных работ распространялось на участки с невыровненной поверхностью с локальными выемками и буграми, и приходилось продолжать профилирование. При этом средние значения глубины фрезерования значительно уменьшались и, как следствие, увеличивалась длина и время погрузки автосамосвала. В этих условиях время погрузки самосвала составляло около 4-6 мин. при производительности около 150-200 т/ч.
Учитывая падение рельефа по длинной стороне площадки (около 2%) при отработке каждого последующего слоя руды в верхнем торце участка перпендикулярно длинной стороне первоначально проходились врубовые выработки шириной до 15 метров, что позволяло при работе комбайна по длинной стороне вмещать в этой выработке автосамосвал и комбайн при выполнении погрузочных работ.
В противоположной стороне площадки указанные механизмы выезжали на поверхность площадки, где проблем с выполнением маневров при переходах на новую полосу фрезерования не наблюдалось.
Первоначально при фронте работ до 150 м применялась схема с обратным холостым ходом. Данные первичного хронометража показали, что рабочая скорость комбайна составляла около 10 м/мин, а транспортная -при холостом ходе 40-45 м/мин.
При ровной поверхности площадки, когда мощность фрезеруемого слоя изменялась в пределах 15-25 см, время погрузки автосамосвала соответственно составляло около 2-3 мин.
При увеличении фронта работ перешли на схему с разворотом в конце рабочего хода и фрезерованием в обратном направлении. Время на разворот и установку комбайна на новую полосу составляло 3.5-4 мин.
После 15 дней эксплуатации, когда размеры площадки по длинным сторонам достигли 250-280 м при ширине 80-90 м перешли на работу по технологической схеме горных работ.
Эта технологическая схема характеризуется непрерывным движением комбайна по передвигающейся петле с постоянными параметрами, определяемыми расстоянием между двумя смежными проходами равным двум радиусам поворота комбайна. В этом случае, как показали хронометражные наблюдения, время на заезд комбайна из врубовой выемки на новую полосу составлял около 1 мин.
В общем виде первые несколько проходов осуществляются по периметру блока (карьера) по поточной схеме, и процесс фрезерования прерывается только тогда, когда радиусы поворота уменьшаются до минимально возможного. Этот параметр составляет примерно 6-7 размеров ширины барабана, т.е. для комбайна модели 2100 SM около 14 метров. Затем по коротким сторонам блока по три прохода с каждой стороны (проходы с IV по IX) выполняются в поперечном направлении по челноковой схеме.
После выполнения указанных выше вспомогательных работ комбайн начинает осуществлять производительную работу и, как указано на схеме, проходы с 1 по 12 осуществляются в продольном направлении. При этом рабочий цикл включает: заезд комбайна из врубовой выработки в центр блока на полосу, фрезерование этой полосы, поворот в противоположной врубовой выработке, заезд на полосу и ее фрезерование в обратном направлении, разворот в исходной врубовой выработке и заезд на полосу, после чего циклы повторяются.
Было изучено влияние эксплуатационных параметров работы комбайна на выход отдельных фракций в добываемой карьерным комбайном бокситовой руде.
Для этих целей фронт длиной 250 метров был разбит на три участка, в каждом из которых комбайн работал с различной толщиной фрезеруемого слоя: 20-25 см, около 15 см и около 10 см. При этом добываемый боксит отсыпался комбайном на площадку, образуя вдоль фронта длинный штабель. Затем через каждые 10 м этот штабель в перпендикулярном направлении разрезался узкими траншеями через все сечение, боксит из этой траншеи рассевался соответствующими ситами и каждая фракция взвешивалась. Таким образом определялся выход каждой фракции.
Результаты выполненных работ позволили для комбайна 2100 SM установить мощность фрезеруемого слоя 15-17 см, при которой в добываемом боксите полностью исключается выход кусков более 95 см, что обеспечивает получение в забое готовой к реализации продукции. Об этом свидетельствует также отправка первой партии добытой комбайном руды потребителю.
При обоснованной глубине фрезерования были проведены хронометражные наблюдения в течение двух смен за погрузкой комбайном автосамосвалов КрАЗ-256 грузоподъемностью 14.5 т.
Обработка данных хронометража показала, что в среднем, в зависимости от микрорельефа площадки, которая служит забоем, время погрузки автосамосвала изменялось от 2 до 5 мин, составляя в среднем около 3 мин при длине погрузки одного автосамосвала 26-28 метров и глубине фрезерования 16-17 см. Рабочая скорость комбайна составляла 8-10 мин. В этих условиях производительность комбайна составляет около 280 т/час.
Всего в 2000 году за период с 17 ноября по 29 декабря (29 рабочих дней, работа в две смены по 6 часов каждая) вывезено на склад 45.4 тыс. т бокситовой руды со средним содержанием Аl2Оз -45% и SiO2 -1.69%. Суточная производительность комбайна в зависимости от условий работы и организационных причин в основном изменялась от 1.4 до 2 тыс.т, составляя в среднем 1.6 тыс.т. Расход дизельного топлива в среднем составил 90 л/ час, расход резцов с твердосплавной вставкой 17 мм составил около 1.9 шт. на 1000 т, а со вставкой 13 мм -2.7 шт. Испытания различных типов резцов продолжаются.
Первый опыт применения безвзрывной тонкослоевой разработки бокситов с помощью комбайна Wirtgen Surface Miner модели 2100 SM показал безусловную эффективность перехода бокситовых карьеров бассейна Киндия на новую технологию, что позволит на 2-3 доллара снизить себестоимость производства горных работ.
Применение этой технологии позволит также расширить сырьевую базу, как за счет ввода в эксплуатацию запасов, расположенных в целиках взрывоопасных зон, так и за счет слоев боксита мощностью менее 2 м (некондиционных при традиционной технологии). Так на ограниченном участке, где в настоящее время работает комбайн, в результате доразведки были приращены запасы в количестве 15 тыс.т с мощностью пласта около 1 м и содержанием Аl2Оз -47%, которые ранее относились к потерям.
Кроме этого, ввод в отработку близлежащих к промплощадке запасов позволит также снизить влияние ухудшающих себестоимость факторов, связанных со значительным (в 3-4 раза) нарастанием дальности транспортирования с новых участков, ввод которых обусловливается истощением действующей сырьевой базы.