Карьерные комбайны Wirtgen: минимальная доля зерна мелкой фракции, максимальная добыча угля

Большинство операторов угольных шахт измеряет распределение отгружаемого материала по фракциям, чтобы определить необходимый процесс переработки, – в частности, определяется доля зерна мелкой фракции. Но лишь немногие знают, откуда именно зерно мелкой фракции берется. Еще меньшее число операторов шахт измеряет долю зерна мелкой фракции сразу после добычи, чтобы сравнить ее с долей в отгружаемом материале для оптимизации промежуточных технологических процессов. При этом снижение доли зерна мелкой фракции в рядовом угле обеспечивает огромную потенциальную экономию и прочие преимущества:

  • Промывка мелкозернистого угля (< 2 мм) влечет за собой повышение затрат: из-за типа требуемого процесса возникают потери продукции (снижение уровня добычи угля)
  • Ввиду повышенных потерь продукции большее количество пустой породы необходимо хранить в специально оборудованных местах
  • Уголь, размер которого не соответствует требованиям потребителя, нельзя продать
  • Меньшее содержание зерна мелкой фракции в рядовом угле уменьшает вред от попадающей в легкие пыли (называемой также мелкодисперсной), повышает безопасность рабочего места и понижает риск взрыва угольной пыли
  • Пылевидный уголь (< 0,5 мм) склонен к улавливанию влаги. Это негативно влияет на последующие технологические процессы

Карьерный комбайн Wirtgen – в данном случае 4200 SM – срезает и измельчает породу специальным фрезерным барабаном и грузит его при помощи погрузочного конвейера на большегрузный самосвал. Wirtgen – единственный производитель, способный предложить производи-тель¬ность до 3 000 т/ч с непосредственной погрузкой.

Карьерный комбайн Wirtgen – в данном случае 4200 SM – срезает и измельчает породу специальным фрезерным барабаном и грузит его при помощи погрузочного конвейера на большегрузный самосвал. Wirtgen – единственный производитель, способный предложить производи-тель¬ность до 3 000 т/ч с непосредственной погрузкой.

Изменение размера зерна угля имеет место на протяжении всей технологической цепочки, начиная с добычи и заканчивая окончательным использованием. Частично размер зерна уменьшается намеренно, например, при добыче и измельчении, однако в иных случаях уменьшение нежелательно и происходит при транспортировке, открытом складировании, при сортировке или при промывке. Обычно ломкость в значительной степени зависит от геологии, однако технология добычи дает шанс снизить долю дополнительно образующегося в рамках технологической цепочки мелкого и пылевидного угля. По причине вышеперечисленных недостатков крайне важно использовать такой шанс и удерживать долю содержания зерна мелкой фракции на наиболее низком уровне.

Недавно Wirtgen провела разнообразные крупномасштабные полевые испытания на тему измельчения материала. Испытания показали, что карьерный комбайн Wirtgen способствует существенному сокращению доли зерна мелкой фракции, образующегося в процессе добычи.

Карьерный комбайн Wirtgen

Карьерный комбайн Wirtgen – это движущаяся на гусеничных тележках горнодобывающая машина с вращающимся фрезерным барабаном. Барабан монтируется с учетом центра тяжести машины, чтобы весь вес машины преобразовывался в силу, с которой режущие инструменты (резцы) срезают породу. Фрезерный барабан передает материал на погрузочный конвейер (рис. 1), с которого он перегружается непосредственно на самосвалы.

Карьерный комбайн снимает добываемый материал послойно. Глубина фрезерования при этом настраивается соответственно под толщину местного пласта. Таким образом, можно снимать даже очень тонкие слои толщиной 10 см, отделяя их от лежащих сверху и снизу слоев породной прослойки. Это позволяет без буровзрывных работ добывать полезные ископаемые на месторождении селективно, с высокой степенью чистоты, экономично и экологично.

При продвижении карьерного комбайна Wirtgen вперед фрезерный барабан вращается в противоположном направлении и послойно срезает материал с формации горных пород. При этом карьерный комбайн движется на четырех регулируемых по высоте гусеничных тележках.

При продвижении карьерного комбайна Wirtgen вперед фрезерный барабан вращается в противоположном направлении и послойно срезает материал с формации горных пород. При этом карьерный комбайн движется на четырех регулируемых по высоте гусеничных тележках.

Полевые испытания на тему измельчения материала

За прошедшие годы Wirtgen провела несколько крупномасштабных полевых испытаний на тему измельчения материала и связанной с ним потери качества. Был проанализирован фракционный состав угля и осадочных руд на восьми различных карьерах. Для этого почти 8 000 т материала было классифицировано с целью сравнения материала, добытого карьерным комбайном, с материалом, добытым традиционным способом.

На угольном карьере работают как карьерные комбайны Wirtgen, так и бульдозеры, процесс работы которых заключается в рыхлении и наваливании породы. Ввиду текущих цен на уголь, на карьере оптимизируется каждый технологический шаг. Сюда также относится снижение доли зерна мелкой фракции во время переработки, чтобы увеличить долю угля, получаемого в процессе более дешевой грубой сортировки. Дополнительно преследуется цель сокращения затрат на измельчение. В таблице 1 отображены требования перерабатывающего завода к размеру отгружаемого материала.

Таблица 1: Переработка угля по типичным диапазонам размера зерна

Диапазон размеров зерна Переработка Оценка
> 40 мм Первичная / вторичная дробилка Дополнительные затраты и выработка пылевидного угля
2 - 40 мм Грубый цикл Зерно целевого размера, легко перерабатываемый материал
0,075 - 2 мм Мелкий цикл Более дорогая переработка
< 0,075 мм Потери Нежелательно

Испытание снова показало пригодность карьерного комбайна для таких видов работ: при помощи карьерного комбайна уголь добывается с меньшей долей зерна мелкой фракции и большее количество материала имеет требуемый размер зерна, чем при добыче традиционным способом при помощи бульдозера в процессе рыхления и наваливания (рис. 2). Из поступающих от бульдозера на перерабатывающий завод 1 500 т/ч угля не менее 225 т представляют собой мелкозернистый уголь с размером менее 2 мм. В сравнении с этим, при добыче карьерным комбайном это количество составляет всего 185 т/ч. Это означает, что при добыче карьерным комбайном на 22% больше угля обогащается промывкой в более дешевом грубом цикле вместо того, чтобы перерабатывать его в более дорогостоящем мелком цикле. Количество зерна размером менее 1 мм, поступающего на перерабатывающий завод после добычи карьерным комбайном, сокращается на целых 33%.

Фракционный состав при добыче угля карьерным комбайном и бульдозером и типичные диапазоны размеров зерна на соответствующем перераба¬тывающем заводе.

Фракционный состав при добыче угля карьерным комбайном и бульдозером и типичные диапазоны размеров зерна на соответствующем перераба¬тывающем заводе.

Карьерный комбайн вырабатывает более 70% угля с требуемым размером зерна (2 – 40 мм), тогда как для бульдозера эта цифра составляет менее 58%. Дальнейшая экономия достигается на стадии измельчения: всего 17% добытого карьерным комбайном материала требует переработки в дробилке, при добыче бульдозером этот объем превышает 26%. Это также позитивно отражается на количестве перерабатываемого мелкого и пылевидного угля.

Другие испытания проводились на материале с месторождения осадочных руд. На этом предприятии руду добывали при помощи карьерных комбайнов и при помощи традиционных буровзрывных работ. Здесь карьерный комбайн обеспечивал непрерывную поставку на перерабатывающий завод материала с долей зерна мелкой фракции (< 1 мм) всего 15%. Обычный отгружаемый материал (включающий в себя материал, добытый в результате буровзрывных работ и при помощи карьерных комбайнов) содержал ≥ 25% зерна мелкой фракции размером менее 1 мм.

Влияние перевалки материала на долю зерна мелкой фракции

Любая перевалка ведет к ухудшению качества материала в процессе добычи. Wirtgen провела исследование, в рамках которого материал претерпевал несколько перевалок, после каждой из которых определялась доля каждой фракции. Для симуляции использовалось 80 т материала, которые перегружались и несколько раз пропускались через грохот. На каждом цикле доля зерна мелкой фракции значительно увеличивалась. За пять циклов испытания доля материала с размером зерна < 4 мм увеличилась в среднем с 19% до 26%, что соответствует приросту на 34%. Похожие результаты были получены для осадочной руды: здесь доля зерна мелкой фракции (< 8 мм) после пяти циклов испытания возросла на 24% (рис. 3).

Под перевалкой (перегрузка, транспортировка до грохота, классификация) понимаются отдельные этапы, не оказывающие на материал такого серьезного воздействия, как например, проезд бульдозера по лежащему в отвале материалу. Тем не менее, при перевалке материала наблюдалось значительное ухудшение качества. Таким образом, следует предположить, что потеря качества при работе бульдозера приведет к еще большему приросту доли зерна мелкой фракции.

Ввиду многократной перевалки материала в процессе добычи и значительных потерь качества даже при таком «бережном» обращении важно сократить число перевалочных операций до минимума – тем более, что каждая отдельная процедура перевалки еще и повышает затраты. В этой связи карьерные комбайны Wirtgen обеспечивают двойное преимущество: в отличие от буровзрывных работ они позволяют добывать материал селективно; при этом доля зерна мелкой фракции изначально меньше. Кроме того, добытый материал непосредственно грузится на самосвалы; таким образом, требуется значительно меньшее количество перевалок материала, а значит и доля зерна мелкой фракции остается как можно меньшей.

Если взять весь процесс добычи и переработки в целом, карьерный комбайн Wirtgen упрощает процесс и сокращает количество технологических этапов (рис. 4). В сумме это дает значительное снижение организационных расходов и явную экономию затрат для компании, эксплуатирующей месторождение.

После каждой перевалки материала доля зерна мелкой фракции уве-личивается.

После каждой перевалки материала доля зерна мелкой фракции уве-личивается.

Выводы

Более высокая доля зерна мелкой фракции в рядовом угле ведет к повышению расходов в процессе переработки, снижению уровня добычи, снижению безопасности труда и необходимости последующих технологических процессов. Зная, в каких процессах образуется зерно мелкой фракции, можно оптимизировать работы по всей технологической цепочке и тем самым добиться значительной экономии.

Wirtgen провела ряд исследований на тему доли зерна мелкой фракции и измельчения материала и выявила возможности сокращения доли зерна мелкой фракции: добыча угля при помощи карьерного комбайна Wirtgen – первый шаг к существенной экономии в рамках технологической цепочки. Кроме того, применение карьерного комбайна ведет к упрощению процесса добычи и сокращает число машин, требуемых для добычи одной тонны угля. Наконец, таким образом упрощается взаимосвязь между отдельными технологическими этапами на добывающем предприятии, что позволяет избежать потерь дорогостоящего времени.

Технологические этапы при добыче угля традиционным способом и при помощи карьерного комбайна.

Технологические этапы при добыче угля традиционным способом и при помощи карьерного комбайна.

RU