Усреднение полезного ископаемого на карьерных складах

Усреднительные склады являются одним из наиболее эффективных способов стабилизации качества добытого полезного ископаемого. Они предназначены для разделения разнотипного и усреднения однотипного полезного ископаемого, поступающего на переработку или использование в планируемые интервалы времени (сутки, неделя, декада, месяц и более).

По месту расположения усреднительные склады подразделяются на внутрикарьерные, расположенные на рабочем или нерабочем борту карьера и прикарьерные, размещенные на поверхности, чаще всего у выхода капитальной траншеи, вблизи стационарных подъездных путей или обогатительной фабрики.

По сроку службы склады могут быть временными и постоянными. Временными устраивают внутрикарьерные склады на рабочем борту карьера, а также внутрикарьерные склады, при переносе которых значительно сокращается расстояние транспортирования полезного ископаемого. Прикарьерные склады чаще устраивают стационарными. Стационарные склады более удобны в работе, позволяют складировать значительные объемы полезного ископаемого.

По выполняемым функциям склады делят на усреднительные (склады-смесители) и подшихтовочные (сортовые) склады. Склады-смесители представляют собой штабели полезного ископаемого, усреднение в которых происходит при загрузке их разнокачественным полезным ископаемым и при разгрузке штабеля в определенном порядке. На подшихтовочных складах каждый из штабелей формируется из полезного ископаемого определенного сорта, а усреднение осуществляется за счет дозированной отгрузки полезного ископаемого из штабелей.

По конструкции выделяют следующие карьерные усреднительные склады: отвального типа, эстакадные и безэстакадные.

В практике работы карьеров широкое применение получили усреднительные склады отвального типа различной конструкции. На большинстве предприятий усреднительные склады выполняют одновременно функции буферных складов, сглаживающих неритмичность работы карьера по добыче угля и его отгрузке потребителю. Поэтому склады зачастую имеют больший объем, чем требуется для выполнения функций усреднения. При использовании на вывозке угля из карьера автомобильного транспорта и доставке полезного ископаемого потребителям железнодорожными вагонами, усреднительный склад одновременно выполняет функции перегрузочного пункта.

Технология усреднения на складах отвального типа заключается в последовательной отсыпке полезного ископаемого наклонными или горизонтальными слоями и в последующей его выемке и отгрузке перпендикулярно отсыпанным слоям. Перемешивание достигается за счет того, что при черпании ковш экскаватора пересекает разнокачественные слои. С увеличением числа пересеченных слоев при черпании эффективность усреднения повышается. Для каждого отдельно отгружаемого сорта или марки полезного ископаемого создаются два штабеля, один из которых формируется, а другой находится в стадии отгрузки.

Схемы работы усреднительных складов отвального типа показаны на рис. 14.13. На схеме 14.13,а приведена схема работы автомобильного усреднительного склада, отсыпаемого наклонными слоями. Для лучшего перемешивания полезного ископаемого перед погрузкой возможно вести разгрузку склада через промежуточный штабель (рис. 14.13,б). При этом экскаватор за I проход формирует промежуточный штабель и при II проходе производит отгрузку усредненного полезного ископаемого. По аналогичной схеме ведется разгрузка складов с переэкскавацией. На схеме рис. 14.13, в показано формирование штабеля усреднительного склада и его отгрузка при доставке полезного ископаемого железнодорожным транспортом. Груженные составы подаются из карьера на железнодорожный путь, расположенный на насыпи высотой 1-1,5 м для возможности разгрузки думпкаров. Разгрузка производится по всей длине состава, а экскаватор из положения I, двигаясь вдоль пути, формирует штабель с шевронной укладкой слоев. Сформированный штабель отгружается экскаватором с торца штабеля из положения II на другой железнодорожный путь.

На усреднительных складах для каждого отдельно отгружаемого типа и сорта полезного ископаемого устраиваются два штабеля, один из которых находится в процессе формирования, а другой разгружается. Отгрузка усредненного полезного ископаемого может производиться только из полностью сформированного штабеля.

На рис. 14.14 приведены схемы усреднительных складов отвального типа при доставке на них полезного ископаемого автомобильным и железнодорожным транспортом.

При применении автомобильного транспорта для доставки полезного ископаемого на склад, формирование склада может осуществляться с пионерной насыпи, с откоса уступа или с эстакады. Ширина верхней площадки уступа или первоначальной насыпи (Bн) должна быть достаточной для маневров автосамосвалов при формировании склада и составлять не менее:

где Rа — радиус разворота автосамосвала, м;

la, ba — соответственно длина и ширина автосамосвала, м;

m — безопасное расстояние от верхней бровки насыпи, м.

Усреднение качества полезного ископаемого на складах достигается за счет рациональных методов формирования и разгрузки штабелей при правильном выборе параметров склада. Tехнология и организация усреднения на складе заключается в последовательной отсыпке полезного ископаемого в штабель наклонными или горизонтальными слоями и в последующей выемке и отгрузке минерального сырья перпендикулярно к отсыпаемым слоям. Степень усреднения на складе во многом определяется количеством слоев полезного ископаемого, пересекаемых ковшом экскаватора при черпании из штабеля.

При использовании автотранспорта для доставки полезного ископаемого на усреднительный склад формирование штабеля наклонными слоями осуществляется в основном при отсыпке слоев вдоль длинной оси склада (рис. 14.14,а). Такой порядок отсыпки обеспечивает достаточный фронт разгрузки автосамосвалов и наиболее прост. Иногда отсыпку штабеля ведут поперечными наклонными слоями, равными по длине ширине заходки. Tакой порядок отсыпки обеспечивает несколько лучшее усреднение, но создает неблагоприятные условия для разгрузки автосамосвалов из-за недостаточной длины фронта разгрузки. Реже используется отсыпка штабеля диагональными наклонными заходками.

При использовании для доставки полезного ископаемого автосамосвалов возможно формирование штабелей усреднительного склада горизонтальными слоями. При этом на отведенной под склад площади производится разгрузка автомашин. Высыпанное полезное ископаемое разравнивается бульдозером и дальнейшая разгрузка автомашин производится на распланированной площадке с формированием второго слоя. Формирование штабеля в таком порядке продолжается до отсыпки нужного числа слоев. При разгрузке склада в ковш экскаватора попадает полезное ископаемое из различных слоев и происходит его усреднение. При формировании штабеля горизонтальными слоями достигается лучшее усреднение полезного ископаемого за счет меньшего влияния сегрегации материала.

По условиям обеспечения безопасности работ высота штабеля усреднительного склада не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора. Ширина штабеля при работе экскаватора без переэкскавации и погрузке в железнодорожные составы не должна превышать ширины нормальной заходки. Объем штабеля должен в 6-12 раз превышать его активную вместимость. При этом длина каждого штабеля по возможности раздельного складирования и погрузки должна составлять не менее 50-60 м. Расчет склада производится по формулам, приведенным акад. В.В. Ржевским в I части учебника.

Пример прикарьерного усреднительного склада при доставке на него полезного ископаемого железнодорожными составами показан на рис. 14.14,б. Часть полезного ископаемого из карьера, отвечающая нормам качества, напрямую направляется на обогатительную фабрику или потребителю. На склад направляется только та часть полезного ископаемого, которая требует усреднения. Формирование штабеля производится экскаватором, поэтому затраты на усреднение в этом случае выше, чем при автотранспорте.

Ограниченные параметры высоты разгрузки механических лопат позволяют создавать штабели небольшой вместимости, а при необходимости увеличения вместимости склада возрастает их длина. Небольшая высота штабеля ограничивает число отсыпаемых в него слоев. Этих недостатков лишены склады хребтового типа, конструкция которого показана на рис. 14.15. Руда из карьера подается на склад железнодорожным транспортом и разгружается с верхнего подуступа в навал. Высота верхнего подуступа принимается 2-3 м. Перегрузочный экскаватор формирует штабель на разгрузочной площадке. Полностью сформированный штабель отгружается погрузочным экскаватором в железнодорожные составы.

Коэффициент усреднения на складах отвального типа составляет Kу = 2-3,5.

При усреднении полезного ископаемого на складах-смесителях склад берет на себя функции регулирования качества полезного ископаемого в исходящем из карьера грузопотоке. При этом он выполняет задачи регулирования поступления полезного ископаемого из каждого забоя в исходящий грузопоток, принимая излишние объемы полезного ископаемого и выступает как дополнительный забой, восполняющий недостающие объемы в исходящем грузопотоке. При наличии склада резерв добычного оборудования в карьере для стабилизации качества полезного ископаемого становится не нужен, но возникает необходимость в дополнительном оборудовании на усреднительном складе.

При выполнении усреднительным складом функций регулирования исходящего потока полезного ископаемого по объему и качеству добываемого минерального сырья должны соблюдаться следующие условия:

1. Объемы отгрузки полезного ископаемого потребителю из забоя и склада должны соответствовать плановым

где qin — объем полезного ископаемого, поступающий потребителю из i-го забоя, т;

qcn — объем полезного ископаемого, поступающий потребителю со склада, т;

Q — плановый объем отгрузки полезного ископаемого потребителю.

Суммы объемов полезного ископаемого, поступающего от одного экскаватора потребителю и на склад, должны быть равны производительности этого экскаватора

где qic — объем полезного ископаемого, поступающий от i-гo экскаватора на склад, т.

qi — производительность. Полностью сформированный штабель отгружается погрузость i'-гo добычного экскаватора, т.

3. Объем полезного ископаемого, поступающий со склада потребителю, должен быть равен сумме объемов полезного ископаемого, отгружаемых всеми добычными экскаваторами на склад.

где пд — количество действующих добычных забоев.

4. Качество полезного ископаемого, поступающего потребителю из карьера и склада, должно соответствовать плановому

где ai, ac, an — содержание полезного компонента в полезном ископаемом соответственно отгружаемом из i-го забоя, со склада и его плановое значение, %.

Критерием при установлении оптимального плана является минимальная производительность склада:

Этому критерию соответствует и критерий обеспечения максимального объема добычи полезного ископаемого, направляемого непосредственно из забоев потребителю

Настоящая задача относится к классу задач линейного программирования.

Известно большое количество методик расчета вместимости усреднительных складов. УкрНИИпроектом предложена формула, позволяющая рассчитать вместимость угольного склада с учетом стабилизации неравномерности работы разреза:

где Aсут — среднесуточная производительность угольного предприятия по добыче, тыс.т,

v2A — коэффициент вариации суточной добычи;

v2T — коэффициент вариации суточной отгрузки.

ИГД Минметаллургии рекомендует определять вместимость склада по формулам:

• для усреднительного склада:

• для стабилизирующего склада

где Tca = 2/V1-rca — период однозначных отклонений средних показателей качества от планового уровня;

rca — коэффициент взаимной корреляции содержания усредняемого компонента в смежных сменных пробах;

qc — сменный плановый объем добычи, тыс.т;

n — плановый коэффициент усреднения;

Tсд = 2/V1-rсд — период однозначных отклонений сменных объемов добычи от среднего планового уровня;

rсд — коэффициент взаимной корреляции для сменных объемов добычи;

nv = 1-qvo/qvф — плановый коэффициент усреднения объемов средней добычи;

qvo — допустимое по условиям ритмичности средне квадратическое отклонение объемов сменной добычи;

qvф — среднеквадратическое фактическое отклонение сменных объемов добычи от среднего уровня.

Минимальная длина каждого штабеля определяется необходимым фронтом разгрузки автосамосвалов или железнодорожных составов, а также возможностями раздельного складирования и отгрузки и составляет 50-70 м при автомобильном и 100-150 м при железнодорожном транспорте. На практике длина усреднительных складов изменяется от 50 до 600 м, а их вместимость от 50 до 500 тыс.м3 (иногда и более). Большие значения относятся к усреднительным складам одновременно выполняющим функции стабилизирующих емкостей или перегрузочных пунктов с одного вида транспорта на другой.

Отгрузка усредненного полезного ископаемого со складов отвального типа чаще всего осуществляется мехлопатами. В определенных условиях возможно использование гидравлических экскаваторов, драглайнов и одноковшовых погрузчиков. При усреднении мягких и хорошо раздробленных полезных ископаемых (например, угля) на разгрузке штабелей могут быть использованы роторные экскаваторы. Роторные экскаваторы применены на складе разреза «Павловский-2» (Приморье). Намечено строительство усреднительных складов, оснащенных роторными экскаваторами на разрезах »Северный»и «Богатырь» (Экибастузский бассейн).

На вывозке усредненного полезного ископаемого со складов отвального типа в большинстве случаев применяется железнодорожный транспорт. Автомобильный транспорт рационально использовать только при малых расстояниях транспортирования (например, прикарьерный усреднительный склад расположен рядом с обогатительной фабрикой) или небольших объемах добычи полезного ископаемого. Исользование конвейера целесообразно только в комплексе с роторным экскаватором.

Затраты на усреднение полезного ископаемого на складах отвального типа довольно высокие и составляют 5-8 % от общих затрат на добычные работы.

Усреднительные склады отвального типа, как правило, выполняют и функции стабилизирующей емкости, позволяющей сгладить неравномерность работы карьера и неритмичность приемки полезного ископаемого потребителем. Это позволяет снизить простои добычных экскаваторов в карьере и простои потребителя из-за недополучения полезного ископаемого. Производительность экскаваторов, работающих на складе, на 35-40% выше, чем в карьере. Затраты на строительство и эксплуатацию склада окупаются за счет снижения простоев горного и транспортного оборудования, а также обогатительной фабрики на 60-70%, и на 30-40% за счет усреднения руды.

Склады отвального типа нашли широкое использование при усреднении полезного ископаемого на карьерах. Практика их применения показывает, что в зависимости от конкретных условий склады имеют различное расположение и параметры.

На Коршуновском ГОКе склад руды организован в районе корпуса крупного дробления обогатительной фабрики. Вместимость склада 500 тыс.т. Склад разделен на 4 секции. На приемке и отгрузке руды работают два экскаватора ЭКГ-8И. Через склад проходит в среднем 10% всей руды.

На Уфалейских карьерах усреднительный склад отвального типа имеет секции для разных сортов руд. За счет усреднения руды на складе процент отклонения суточных анализов от средних уменьшился с 70-75% до 35-40%, а среднеквадратическое отклонение снижается на 0,9-3,3%.

При проектировании Костомукшского ГОКа институтом Гипроруда предусмотрена перегрузка 24 млн.т руды в год через склад руды на борту карьера. Были рассмотрены 2 варианта склада с применением на перегрузке экскаваторов ЭКГ-8И и колесных погрузчиков ПК-15 (E = 7,5 м3). При применении погрузчиков затраты на перегрузку значительно снижаются, повышается производительность труда. Склад имеет 2 штабеля с двухсторонней разгрузкой емкостью по 36 тыс.т в каждом.

На железорудных карьерах Криворожского бассейна усреднение руды осуществляется на складах отвального типа при перегрузке с автомобильного на железнодорожный транспорт. На НКГОКе действует 2 внутрикарьерных усреднительных склада вместимостью 75 и 145 тыс.т руды. На Первомайском карьере усреднение руды ведется на двух внутрикарьерных складах по 100 тыс.т и двух прикарьерных складах по 200 тыс.т при перегрузке руды с автомобильного на железнодорожный транспорт.

При доставке полезного ископаемого конвейерами возможно его усреднение на безэстакадных усреднительных складах. Такой склад действует на разрезе «Восточный» (Экибастузский бассейн), а схема его секции приведена на рис. 14.16. Уголь из разреза подается на склад по конвейеру 1 и укладывается в штабель 3 тонкими слоями самодвижущимся штабелеукладчиком 2. Разгрузка полностью сформированного штабеля производится с торца штабеля усреднительной барабанной машиной 4, которая грузит уголь на конвейер 5. Усредненный уголь попадает в бункер погрузочного пункта и в последующем загружается в железнодорожные составы для доставки потребителю. Склад разреза «Восточный» имеет 4 секции. Секция склада состоит из двух штабелей вместимостью 30 тыс.т каждый, один из которых находится в стадии формирования, а другой разгрузки. Высота штабеля до 14,5 м.

Усреднительная барабанная машина оснащена трапециевидной рамой, перекрывающей сечение штабеля. На раме расположены зубья, которые при возвратно-поступательном движении производят разработку штабеля тонкими поперечными слоями. Погрузочный орган усреднительной машины барабанного типа оснащен ковшами, из которых уголь попадает на кольцевой желоб и далее грузится на конвейер.

Безэстакадные склады обеспечивают высокую степень стабилизации качества полезного ископаемого при коэффициенте усреднения 5,5-9,5. Однако и затраты на усреднение довольно высоки. Опыт разреза «Восточный» показывает, что в полной себестоимости угля затраты на усреднение достигают 20%.

Эстакадные усреднительные склады в большинстве конструктивно представляют собой конвейерные галереи, опирающиеся на цилиндрические железобетонные колонны (башни) и делящие склад на пролеты длиной 30-50 м (рис. 14.17). С использованием Челноковых конвейеров или реверсивных тележек разгружаемый материал формируется тонкими наклоннымим слоями в штабель, который имеет треугольную или трапециевидную форму поперечного сечения и высоту 10-20 м. Погрузка полезного ископаемого со склада производится вкрест отсыпанным слоям, число которых составляет 500-1200, емкость склада 10-50 тыс.м3. На эстакадных складах степень усреднения сырья существенно снижается вследствие его сегрегации по гранулометрическому составу. Степень стабилизации качества минерального сырья на эстакадных складах характеризуется коэффициентом усреднения в пределах 2+3.

На эстакадных складах возможно усреднение только мелкокускового полезного ископаемого. Склады такого типа имеются на ряде карьеров, в частности, на Магнитогорском железорудном карьере и Коркинском угольном разрезе.

На подшихтовочных (сортовых) складах полезного ископаемого для каждого сорта создают два штабеля, один из которых формируется, а из другого идет отгрузка. Усреднение на таких складах осуществляется за счет дозированной отгрузки полезного ископаемого разных сортов. Формирование штабелей может осуществляться за счет полезного ископаемого одного типа (перерабатываемого по единой технологии), различающегося по качественным показателям (например, бедные и богатые руды), или подразделение может вестись по условным сортам (например, легко-, средне- и труднообогатимые руды).

Возможны две схемы работы сортовых складов. При первой схеме все полезное ископаемое из карьера направляется на склад и в соответствии с сортами укладывается в штабели. Отгрузка минерального сырья потребителю осуществляется со склада с соблюдением необходимых пропорций поставки по сортам. Процесс усреднения состоит при этом в чередовании отгрузки отдельных сортов полезного ископаемого из сортовых штабелей в заданном ритме. При второй схеме за счет сортового склада только корректируется качество полезного ископаемого в исходящем из карьера потоке. В этом случае большая часть добытого полезного ископаемого из карьера направляется непосредственно потребителю. Часть добытого полезного ископаемого (например, богатая руда при превышении содержания полезного компонента в исходящем грузопотоке) изымается из грузопотока и направляется на сортовой склад, где складируется в соответствующем штабеле. Для компенсации объемов полезного ископаемого в грузопотоке карьера со склада отгружается полезное ископаемое (в нашем примере бедная руда) в таком количестве, чтобы качество отгружаемого полезного ископаемого соответствовало плановым показателям.

Сортовые (подшихтовочные) склады обеспечивают коэффициент усреднения Kу = 2-5 в партии от 100 т до сменного объема.

Степень усреднения полезного ископаемого в сортовых складах зависит только от числа усредняемых сортов и не зависит от вместимости сортовых штабелей. Объем штабелей определяется исходя из необходимого запаса полезного ископаемого для надежной работы как карьера, так и потребителя.