Добування і транспортування сировини

Підприємства промисловості будівельних матеріалів характеризуються обсягами сировини, яку вони переробляють. В зв’язку з цим, як правило, розробка кар’єрів ведеться самими підприємствами..

Здебільшого заводи мають два і більше кар’єрів: вапняку або крейди, глини. В окремих випадках –тільки один кар’єр, кар’єр мергелю.

Розробка кар’єру здійснюють в два етапи: зняття розкриву (верхнього шару гірських порід, які не використовуються у виробництві) та добування корисної копалини (сировинного компоненту)

Розкрив складається з м’яких сипких порід (грунт, пісок). Розкрив знімають в теплу пору року з випередженням добування корисної копалини приблизно на 6 місяців. Залежно від висоти шару корисної копалини її добування здійснюють кількома уступами. Максимальна висота уступу 10-15 м.

Зняття розкриву здійснюють:

- гідромеханізація, якщо породи легко розмиваються і h_в до 20 м;

- тракторними скреперами на колесах, якщо h_в менше 2 м;

- екскаваторами типу пряма лопата в комбінації із залізничним або автомобільним транспортом, якщо h_в до 10 м;

- роторними багатоковшевими екскаваторами в поєднанні з стрічковими транспортерами та вантаженням на транспортні засоби, якщо h_в більше 10-15 м.

Для добування порід щільної структури спочатку виконують свердло-вибухові роботи, а потім сировину вантажать екскаваторами на залізничний або автомобільний транспорт і перевозять у відділок дробарок для подрібнення.

Глинисту сировину добувають, як правило, екскаваторами, найчастіше типу ЕКГ.

Розрахунок і вибір кар’єрного обладнання починають з визначення продуктивності кар’єрів. Продуктивність кар’єру з врахуванням виробничих втрат сировини визначають за формулою:

Q =П· B_n /N ∙n ·h· k, т/год

де П- річна продуктивність цементного заводу за клінкером, т/рік;

B_n – питома витрата сировини природної вологості на 1т клінкеру, т;

N - кількість днів роботи кар’єру на рік;

n - кількість днів роботи кар’єру на рік;

h – кількість годин роботи кар’єру в зміну;

k – коефіцієнт використання видобутої сировини (0.90-0,95).

Обсяг робіт для зняття розкриву:

V_в = S·h_в, м³

де S – площа робіт для зняття розкриву, м2;

hв – висота шару розкриву, м.

Площу робіт для зняття розкриву розраховують:

S= Q¹/h_k, м²

де Q¹ - продуктивність кар’єру за корисною копалиною в рік, м³;

h_k - висота шару корисної копалини, м.

Для визначення річної продуктивності кар’єру за корисною копалиною, (розкривом в кубічних метрах), необхідно річну продуктивність кар’єру за тою чи іншою породою розділити на відповідну середню густину породи в природному стані. Середні густини порід розкриву, глинистого і карбонатного компонентів наведені в табл. 7.4.1.

Час зняття розкриву та необхідна для цього кількість обладнання встановлюється після вибору способу розробки кар’єру. Найбільш використовуваними для зняття розкриву є екскаватори і скрепери.

Продуктивність екскаватора визначають за формулою:

Qe = 3600*V*К_н ·К_в *К_р·*γ /t, т/год

де V – ємність ковша екскаватора, м³;

К_н – коефіцієнт наповнення ковша (0,7…0,9);

К_в – коефіцієнт використання екскаватора в часі залежить від виду транспорту (0,85 – 0,9);

К_р – коефіцієнт розпушування породи (0,8 для грунтів середньої щільності і 0,6 – для щільних порід),

γ – середня густина породи в природному стані (табл..5.7.1) т/м³;

t – час одного циклу черпання ковша екскаватора, сек. (для екскаваторів ЕКГ – 4-8 біля 50 сек, для типу ЕВГ – 4-6 – біля 35-45 сек).

Мінімально необхідну місткість ковша екскаватора розраховують за формулою::

V=Q_в·t/ 3600∙_Kн∙ K_в∙ K_p∙γ, м³

де Q_в – годинна продуктивність кар’єр розкривом, т/год;

Значення – інших величин аналогічні раніше наведеній формулі.

На основі довідкових даних та розрахованої мінімальної місткості ковша екскаватора вибирають тип екскаватора, уточнюють його продуктивність. Далі уточнюють час виконання робіт, пов’язаних із зняттям розкриву.

Продуктивність скрепера за годину та місткість його ковша визначають за формулами, аналогічно, як у випадку застосування екскаватора. Значення коефіцієнтів, які використовуються у цьому випадку:

К_н = 0,7-0,9;

К_в = 0,5-0,8;

К_р = 0,8 для м`яких порід та 0,6 для твердих;

t – час скреперування визначають за відстанню скреперування та швидкістю робочого ходу – 0,8 м/сек. та холостого – 1,5 м/сек.

Кількість екскаваторів, що потрібна для добування корисної копалини розраховують аналогічно екскаваторам для зняття розкриву.

Таблиця 7.4.1 Фізичні властивості матеріалів для виробництва цементу

№ п/п	Матеріали	Густина, т/м^3	Середня густина в природньому стані, т/м^3	Насипна густина, т/м^3	Кут природно го укосу
	Земля ґрунтова (розкрив)	1,5	1,4	1,2-1,3	30-45
	Глина
- не дроблена, волога			1,6-2,0
- дроблена, волога			1.6-1,8
	- дроблена, суха	2,2	1,8-2,0	1,4-2,0
	Вапняк
Після первинного дроблення, вологий	2,65	2,3-2,5	1,5-1.8
Після вторинного дроблення, вологий	2,65	2,3	1,4-1,5	30-35
	Крейда кускова з вологістю 20-25%	2,2	2,0	1,2-1,4
	Піритні недогарки			1,6
	Опока кускова волога			0,8-1,0
	Шлак доменний гранульований
вологий			0,7-1.0
сухий			0,5-0,8
	Трепел кусковий вологий			0,9-1,1
	Клінкер			1,5-1,65

 

Необхідною умовою розробки кар’єрів є наявність кар’єрного транспорту. Кар’єрний транспорт використовують при знятті розкриву для його транспортування у відвал, для транспортування корисної копалини до дробильних відділків, розташованих, як правило на кар’єрах або в сировинних цехах на заводі.

Вид транспортних засобів обумовлюється технологічною схемою виробництва, обсягом перевезень, умовами залягання і розроблення родовища, фізичними властивостями породи, яку добувають, відстанню транспортування та терміном експлуатації кар’єру.

Залізничний транспорт застосовують для перевезення великих обсягів крупно кускової сировини на відстань більше 10 км. Можливість використання цього транспорту обмежується рельєфом місцевості. Як транспортний засіб у цьому випадку використовують самовивантажувальні піввагони-думпкари вантажністю 50-180 т.

Автотранспорт доцільно використовувати за наявності автодоріг або якщо є можливість їх спорудження у даній місцевості. Дальність перевезень не повинна перевищувати 70 км. Рекомендується використовувати автосамоскиди типів КаМАЗ та БєлАЗ, ТАТРа.

Число одиниць транспортних засобів визначають за формулою:

n= G/G₁,

де n – число одиниць транспортних засобів,

G – тоннаж вантажу, який необхідно перевозити за одиницю часу, т;

G₁- кількість вантажу, що перевозиться транспортною одиницею за одиницю часу, т.

З врахуванням капітального та текучого ремонту кількість одиниць транспортних засобів складає:

n_{1 =} n/k,

n- кількість транспортних засобів за списком;

n₁- кількість транспортних засобів з врахуванням їх перебування на ремонті;

k- коефіцієнт використання парку транспортних засобів (0,7-0,8).

Кількість вантажу, що перевозиться транспортними засобами за одиницю часу розраховують за формулою:

G = q∙ T ∙β /t,

q – вантажність транспортного засобу, т;

T – час, рівний тривалості однієї зміни, хв.;

β – коефіцієнт використання тоннажу з врахуванням розпушування породи (0,7-0,9);

t – час обертання транспортного засобу між пунктами, хв.

Час обертання транспортного засобу складається із кількох складових та визначається:

t= t₁+t₂+ t₃ + t₄ +t₅,

t – час обертання транспортного засобу, хв;

t₁- час вантаження, хв;

t₂- час пробігу з вантажем, хв;

t₃ – час вивантаження;

t₄ – час зворотнього пробігу, хв;

t₅- час маневрування, хв.

Час вантаження:

t₁ = q·t_e/V_e ∙γ·60,

q- вантажність транспортного засобу, т;

t_e – тривалість однієї екскавації (для екскаваторів типу ЕКГ – біля 50 сек, а для екскаваторів типу ЕВГ- 35-45 сек);

Vе- місткість ковша екскаватора, м³;

γ – насипна густина розпушеної породи, т/м³.

Час пробігу з вантажем:

t₂= 60·l/v,

l – відстань пробігу, км;

v – швидкість руху транспортного засобу, км/год (для автотранспорту – 20 км/год, для залізничного – 40 км/год).

Час зворотнього пробігу t₄ визначають, за цією ж формулою, але швидкість руху приймають для автотранспорту 30 км/год, а для залізничного 120 км/год.

Час вивантаження t₃ для автотранспорту приймають рівним 1 хв, а час маневрування t₅ – 3-4 хв. Для залізничного транспорту відповідно t₃ - 30хв та t₅ – 20 хв.

На місцевості з нерівним рельєфом транспортування сировини з кар’єру здійснюють за допомогою канатної дороги.

Для транспортування значної кількості м’яких чи попередньо подрібнених твердих порід найбільш вигідно застосувати конвеєрний транспорт. Перевагою цього методу є рівномірне та безперервне подавання матеріалу, можливість автоматизації та дистанційного управління. Однак, безперервна робота стрічкового конвеєра може бути налагоджена лише при вологості сировини не більше 15%. При транспортуванні сировини більшої вологості спостерігається її налипання на стрічку. В зв’язку з цим, транспортування вологої глини та крейди з кар’єру на завод з допомогою стрічкових конвеєрів не рекомендується.

Промисловість випускає конвеєри з шириною стрічки 1000-1200 мм та довжиною 350-150 см, які добре себе зарекомендували в роботі. При транспортуванні сировини на відстань більше, ніж 1500 м встановлюють декілька конвеєрів, перевантажуючи матеріал з одного на інший.

Кількість конвеєрів розраховують, виходячи з годинної продуктивності відділу дробарок:

n= Q´´·l/q₁·l´,

Q´´-продуктивність відділу дробарок, т/год;

l – довжина транспортування, м;

q₁ –продуктивність конвеєра, т/год;

l´ - довжина конвеєра, м.

Продуктивність горизонтального конвеєра для плоскої стрічки:

q_T = 150 · B²· v · γ,

для жолобкової стрічки:

q_T = 300 · B²· v · γ,

В – ширина стрічки, м;

v – швидкість руху стрічки, м/сек.;

γ – насипна густина матеріалу, т/м³.

Для конвейєра, встановленого під кутом до горизонту, продуктивність визначають множенням величин, одержаних за наведеними вище формулами на коефіцієнт К_q. Цей коефіцієнт залежить від кута нахилу конвеєра та наведений в табл 7.4.2.

Таблиця 7.4.2 Залежність коефіцієнта К_q від кута нахилу конвеєра

Кq	1,0	0,95	0,89	0,85	0,75	0,56
Кут град β

Для транспортування шламів застосовують гідротранспорт. Вологість шламів повинна бути не менше 55-60%. Для збільшення текучості шламів рекомендується вводити додатки, які зменшують їх в’язкість. При транспортуванні шламів найчастіше використовують відцентрові насоси. З метою підтримування робочого тиску шламів при їх транспортуванні встановлюють проміжні насосні станції.

Розрахунок гідротранспорту полягає у визначенні діаметру труб шламогону, втрати тиску шламу при транспортуванні на відстань та підборі насосів. Діаметр труб:

Д_ш =√4 ·Q/π·ν,

Д_ш – діаметр труб шламогону, м;

Q – кількість шламу, який транспортується, м³/сек.;

ν – швидкість транспортування, м/сек.

Швидкість транспортування залежить від виду шламу та його густини та наведена в табл. 7.4.3.

Таблиця 7.4.3 Вид шламу

№ з/п	Вид шламу	Густина. г/см^3	Швидкість транспортування, м/сек
1.	Глиняний, вологість 55-60%	1,4	1-2
2.	Крейдяний	1,45-1,53
3.	Глиняно-крейдяний	1,56-1,62
4.	Мергелевий	-	2,5

Повну втрату тиску при транспортуванні шламу визначають за формулою:

h_п =h_в· k_з· L+0,15h_в· K_з· L,

де h_п – повна втрата тиску;

h_в – втрата тиску на 1 м довжини трубопроводу для чистої води, визначають за номограмою [];

kз – коефіцієнт, який залежить від консистенції шламу (1,4-1,6);

L – довжина трубопроводу, м;

0,15 - коефіцієнт, що враховує втрату тиску на місцевий опір від загальної величини втрат.

Насоси підбирають за продуктивністю та тиском. Повний тиск насосу розраховують, враховуючи прийняту схему транспортування:

H = hп + hпід + hвс + hд,

H – повний тиск насосу;

hп – втрата тиску;

hпід – втрата тиску на піднімання пульпи;

hвс – висота всмоктування;

hд –динамічний тиск на виході.