12.3. Особенности горных работ на щебеночных карьерах

Важнейшим видом продукции, получаемой из строительных горных пород, является щебень.

Технология производства щебня заключается в отделении пород от массива и их последовательном дроблении до кондиционной кусковатости.

Объем производства щебня составляет около 40 % от общего выпуска продукции строительных горных пород. Щебень используется в качестве заполнителя для бетона (железобетона).

Фракционный состав щебня и содержание зерен слабых разностей пород характеризуются теми же показателями, что и для гравия. Содержание пылевидных и глинистых частиц не должно превышать 2-3 %. Щебень подразделяется на фракции 5-10, 10-20, 20-40 и 40-70 мм.

По прочности щебень делится на семь марок: 1200, 1000, 800, 600, 400, 300, 200 (численные значения прочности щебня устанавливаются по его дробимости при раздавливании в цилиндре). Щебень марки 1200 не должен содержать зерен слабых и выветрелых пород более 5 % по массе, а щебень марок 1000, 800, 600, 400 — более 10 %.

По морозостойкости щебень подразделяется на выдерживающий 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300 циклов замораживания и оттаивания (бетон МРЗ-15, МРЗ-25 и т. д.). Марка щебня по морозостойкости показывает, какое число циклов попеременного замораживания и оттаивания может выдержать щебень.

Вскрытие рабочих горизонтов и наиболее распространенные системы разработки аналогичны способам вскрытия и системам разработки на песчано-гравийных карьерах.

При производстве щебня породы отделяются от массива с помощью буровзрывных работ, а затем подвергаются механическому дроблению, сортировке (грохочению), обогащению и обезвоживанию в цехах переработки.

Дробление — наиболее дорогостоящий процесс, расходы на который составляют 40-60 % общих затрат на производство щебня.

Грохочение — процесс просеивания перерабатываемого материала через одно или несколько сит (решет) на специальных установках — грохотах. Материал, прошедший через предыдущее и оставшийся на последующем сите, называется классом, или фракцией.

Обогащение — процесс очистки щебня от загрязняющих примесей.

Обезвоживание — процесс удаления воды для снижения смерзаемости мелких фракций после их промывки и улучшения условий транспортирования щебня.

Технологическая схема переработки щебня, включающая последовательное выполнение процессов дробления, грохочения, обогащения и обезвоживания, должна обеспечивать взаимосвязь процессов по производительности и кусковатости подаваемого на переработку сырья, рациональный подбор оборудования всей технологической цепи от забоев до складов готовой продукции и надежность его работы при минимуме капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Технологическая схема по набору оборудования и конструктивно должна также обеспечивать возможность варьирования выхода и крупности щебня и комплексное использование сырья за счет выпуска продукции различного назначения и утилизации отходов производства. Например, при разработке на щебень карбонатных месторождений дополнительно можно получить известняковую или доломитовую муку, асфальтовый заполнитель, сырье для производства цемента, извести и т. д.

Дробление пород оценивается степенью дробления i, определяемой отношением размера кусков исходного материала (D) к размеру кусков дробленого продукта (d).

В общем случае требуемая степень дробления достигается на дробильных установках последовательно в несколько стадий дробления. Число стадий дробления определяется свойствами поступающего на дробление материала и требованиями к конечному продукту переработки. Наиболее распространены одно, двух- и трех-стадийные схемы, реже четырехстадийные. На карьерах производственной мощностью до 150 тыс. м³ щебня в год может применяться одностадийная схема дробления (рис. 12.3, а). В этом случае материал проходит одну стадию дробления и грохочения с открытым или иногда с замкнутым циклом дробления.

Двухстадийная схема дробления (рис. 12.3, б) используется на карьерах производственной мощностью 200-400 тыс. м³ щебня в год.

При трехстадийной схеме (рис. 12.3, в) различают стадии крупного (350-100 мм), среднего (100-40 мм) и мелкого (30-5 мм) дробления. При четырехстадийной схеме две первые стадии могут считаться стадиями крупного, а две последующие — соответственно среднего и мелкого дробления.

При дроблении используются, как правило, схемы с замкнутым циклом, при которых дробимый материал возвращается в один и тот же агрегат для повторного дробления.

Трех- и четырехстадийное дробление применяют на карьерах средней и большой производственной мощности и для производства щебня преимущественно мелких и средних фракций.

В зависимости от числа потоков различают одно-, двухпоточные или комбинированные технологические схемы переработки пород. Число потоков формируют в зависимости от качества разрабатываемых пород.

Однопоточные схемы предусматривают переработку поступающей из забоя породы в одном технологическом потоке. Она используется при разработке однородных месторождений изверженных и осадочных карбонатных пород повышенной прочности. Содержание слабых и глинистых включений минимально или полностью отсутствует.

При разработке разнопрочных месторождений карбонатных пород применяются двухпоточные технологические схемы, когда все процессы переработки осуществляются в двух самостоятельных потоках и в одном из них выделены более прочные компоненты для производства щебня высоких марок.

Комбинированная технологическая схема применяется при разработке сложноструктурных месторождений разнопрочных пород с повышенным содержанием слабых и глинистых включений.