Вопросы повышения качества песка

В.А. Казаков

ВОПРОСЫ ПОВЫШЕНИЯ КА ЧЕСТВА ПЕСКА

Рассматривается разработка обводненного Юрхаровского месторождения мелкозернистых песков в Западной Сибири. Особое внимание уделяется повышению качества песка в соответствии с раздельной выемкой полезного ископаемого и вскрышной породы. Приводятся технико-экономические показатели.

Ключевые слова: горно-геометрический анализ, раздельная выемка, гидроотвал, карты намыва, система разработки.

азвитие производственной базы России во многом связа-

-мГ но с освоением природных богатств Урала, Сибири и Дальнего Востока, причем особое внимание уделяется расширению топливно-энергетического комплекса в северных районах Западной Сибири, а вместе с тем и увеличению добычи песчаных грунтов для обустройства нефтегазовых месторождений, строительства автомобильных и железных дорог, а также прокладки трубопроводов и их восстановления. .

Для названных регионов характерны наличие продолжительных в течение года низких температур воздуха и значительная скорость ветра.

Геолого-литологическое строение песчаных месторождений этих регионов в основном однотипно и представлено четвертичными аллювиальными водонасыщенными отложениями средней плотности с включением гравия до 5-10%, которые подстилаются морскими и прибрежно-морскими отложениями суглинков с прослоями мелкого песка. Мощность талых горных пород в исследованных карьерах гидромеханизации колеблется от 10 до 20 м. В песчаных породах среди минералов преобладает кварц(65-97%), далее лимонит, эпидот, пирок-сены и альфиболы. Пористость песков 35-73%. Гранулометрический состав наиболее распространенного зернового состава обводненных месторождений полезных ископаемых представлен, в основном, пылеватыми и мелкозернистыми песками с включением прослоек суглинков и супеси.

Специфические условия производства работ на ЗападноСибирской низменности, обусловленные сильной заболоченностью местности и отсутствием качественных грунтов, определяют состав

технических средств и технологий для производства строительных работ.

Традиционные методы прокладки транспортных магистралей с помощью экскаваторно-автомобильного комплекса в этих условиях оказываются малоэффективными и зачастую технически не выполнимыми, а работы только в зимнее время приводят к большим затратам труда.

В последние десятилетия было доказано, что гидромеханизированный способ производства работ в этих условиях является наиболее рациональным и экономически выгодным, так как сочетает в себе непрерывность технологического цикла, высокую производительность, комплексную механизацию строительных работ и возможность их выполнения в летний период.

В настоящее время при строительстве кустовых площадок и подъездных автодорог земляные работы выполняются по одной из трех технологических схем:

• отсыпка из сухих карьеров;

• намыв землесосными снарядами в профиль сооружения;

• намыв песчаного грунта в штабели с последующей укладкой его в профиль сооружения с использованием автосамосвалов.

Первая традиционная схема - отсыпка из сухих карьеров в условиях Западной Сибири будет находить все меньшее применение, так как необводненных месторождений немного, причем с учетом разработки их на небольшую глубину (до уровня грунтовых вод), требуются значительные площади под карьеры, что вступает в противоречие с экологией.

Традиционно гидромеханизированный способ - намыв землесосными снарядами в профиль сооружения предусматривает намыв грунта в полотно дороги со свободным откосом, составляющим, как правило, 1:20 - 1:30 из-за низкой концентрации гидросмеси, подаваемой земснарядом. Применение бульдозеров и другой техники для обвалования и создания «узкого профиля» во многих случаях затруднено из-за болотистой местности и подтопления территорий. В последние годы объемы работ по этой технологии сократились из-за низкой экологичности технологии намыва, которая выражается в загрязнении гидросмесью прилегающих территорий на значительном расстоянии. Введение платы на землю, отчуждаемую под полотно дорог и карьеров грунта, приводит к значительному удорожанию строительства.

Однако, при намыве песчаного грунта в штабели с последующей укладкой его в профиль сооружения с использованием автосамосвалов также имеются свои недостатки. Как правило, многие обводненные песчаные месторождения представлены полезной толщей и вскрышной породой, состоящей из суглинков и супесей. Нередко мощность вскрыши достигает до 4-7 м. При валовой разработке таких месторождений качество намываемого грунта резко ухудшается, следовательно, качество намываемого полотна снижается. Дороги быстро выходят из строя, образуя своего рода ухабины. В связи с этим на примере одного месторождения в Западной Сибири мы предлагаем раздельную выемку вскрышной породы и полезного ископаемого.

Юрхаровское месторождение расположено на землях ОАО «Совхоз Пуровский», Надымского района Тюменской области Ямало-Ненецкого автономного округа РФ, севернее Полярного круга на расстоянии 140 км. Карьер располагается в озере вытянутой формы, длина которого составляет 1100м, ширина - 850м. Полезная толща месторождения представлена мелкозернистым песком (в малой части пылеватым). Вскрышные породы в карьере представлены суглинистыми грунтами и супесями. Средняя мощность полезной толщи равна 14,7 м, а вскрыши - 6,3 м. Месторождение разрабатывается земснарядом ЭНЗ.00.00, оборудованным эжекторным грунтозаборным устройством. Пески намываются в штабели, откуда отгружаются для отсыпки автомобильных дорог. Производственная мощность карьера по грунту составляет 500 тыс. м3.

С целью определения объемов полезного ископаемого и вскрышной породы нами выполнен горно-геометрический анализ карьерного поля (рис.1) В результате установлен режим горных работ, построен календарный график добычи полезной толщи и вскрыши по годам существования карьера (рис.2).

В зависимости от расположения карьерного поля относительно водоема, мощности залежи полезного ископаемого и вскрышных пород, горно-геологических и гидрологических условий, рельефа местности вскрытие месторождения осуществляется бестраншейным способом по классификации проф. Нурока Г.А.(рис.3).

Согласно классификации акад. Ржевского В.В.система разработки для данного месторождения принята сплошная поперечная однобортовая (рис. 4 и 5). Разработка карьера производится путем последовательной выработки отдельных участков. При разбивке участков в плане и назначении последовательности их разработки необ-

ходимо исходить из условия выработки максимальной площади карьера с одного подключения земснаряда к магистральному пульпопроводу.

VII с^-г=8

О]

Условные обозначения

Скважина детальной разведки и ее ном*

Глубина скважины, м

Зеркало воды Г раницы этапов Граница горного отвода

°  4,2 —- Абсолютная отметка устья, м

I I Линия геолого - литологического

разреза

м_7 1 Мощность вскрышной породы, м

т-119 Расчетная точка

_ Мощность полезного ископаемого, м

Характеристика разведанного карьера

8В МИ1Э 1Э ЕМП \^в

8п ГП]]1э .+ГПіп1з 1э

Уп=

8.+8ч щ п)'1

в н-в ., Э *:! 1 Площадь Средняя мощность, м Объем. I «тыс куб м Характеристика фунта

блока блока, в Вскрыши Полезного Вскрыши Полезного Полезного

2 1э Блок С1 212,00 6,3 14,7 1214,7 2785,5 Песок мелкозернистый

2 13

тсзного ископаемого и вскрыши по положениям фронта горных работ в серединах каждого из участков соответственно,

- М„, ш1п- —~ —»

§ ^ ? § и - объем вскрышной породы и полезного ископаемого на 1 м подвигаю» фронта горных работ соответственно, м3 \/^ запасы вскрышной породы и полезного ископаемого на 1-ом этапе соответсвенно, м3

]э_ длина участка этапа, м Ц- количество этапов, м

Рис. 1. Горно-геометрический анализ

Таблица подсчета объемов вскрышных пород и полезного ископаемого по этапам

Показатели Этапы

Длина этапа горных работ, м 70 75 75 75 75 75 1

Поэтапный объем Уп полезного ископаемого, тыс. м3 320,6 531,1 524,8 545,2 542,2 432,0

Объем полезного ископаемого нарастающим итогом, тыс. м3 320,6 851,7 1376,5 1921,7 2463,9 2895,9

Поэтапный объем У0 вскрыши, гыс. м3 156,4 186,9 207,7 230,6 234,1 231,7

Объем вскрыши нарастающим итогом, тыс. м3 156,4 343,3 551,0 781,6 1015,7 1247,4

Текущий коэффициент вскрыши Кт, м3/ м3 0,49 0,35 0,39 0,42 0,33 0,53

Средний | коэффициент • вскрыши Кср, м3/ 1 м3 0,49 0,42 0,37 0,4 0,37 0,43

Кг - текущий коэффициент вскрыши Ов - годовой объем вскрышных пород СЬ - годовой объем полезного ископаемого Рв Ср - средний годовой объем вскрышных пород

Рис. 2. Горно-геометрический анализ

Бестраншейное вскрытие карьерного поля

План

Условные обозначения

'Зеркало воды Супесь пылева гая

I Песок мелкозернистый

1 — Земснаряд 'Я13.00.00

2 — Плавучий пульпопровод

3 — Контур карьерного пол*

У=8470 М3 Объем горно-капптальных работ

Бестраншейное вскрытие карьерного поля

План

Рис. 3. Вскрытие месторождения

Наименование показателей Единицы измерения Значение

Базовый вариант Предлагаемый вариант

Производственная мощность карьера м3 500000 5000000

Капитальные затраты на строительство карьера руб. 52845161 99818257

Удельные капитальные затраты на строительство карьера руб./ м3 105,6 268,4

Основные производственные фонды карьера руб. 49798096 93970439

Затраты на заработную плату руб./год 11498096 11615516

Штат рабочих

Полная себестоимость полезного ископаемого руб./ м3 128 230

Фондоотдача м3/руб. 0,011 0,005

Валовая прибыль предприятия руб./год 19371577 36238841

Уровень рентабельности % 30 45

Прибыль, остающаяся распоряжении предприятия руб. 22688323 42953612

Прибыль на вложенный капитал % 41,9 43,0

Срок окупаемости капитальных вложений лет 2,4 2,3

Раздельная выемка вскрышной породы и полезного ископаемого производится одним и тем же земснарядом с опережением вскрышных работ в среднем на 200 м. На данном месторождении применена простейшая схема комплекса гидрооборудования:

• земснаряд - пульпопровод - карта намыва - на добычных работах

А-А М 1:500

Б-Б

М 1:500

Условные обозначения

Г лубтгпа скважгош, м

Скважлла детальной разведки и ее номе?)

Отметка устья скважгпш,м

• І [лавучий пульпопровод 1 - Земся ар яд ЭКЗ. 00.00

Г-І.И-2,...- ОчЄрЄ;ШОСТЬ выемкй участков Заросли кустарника

Зеркало коды

Дорога

Рис. 4. Система разработки

А-А

М 1:500

Б-Б

М 1:500

Г ранпца горного отвода Горизонтали поверхности Магистральный пульпопровод Плавучий пульпопровод Земснаряд ЭНЗ.00.00

Глубипа скважины, м

18.0 (•)'

Скв.8

Скважина детальной разведки и ее номер

Отметка устья скважины.^:

ПП-І, ПП-ІІ - Береговое подключение плавучего пульповода к магистральному 1-1,11-2,..Очередность выемки участков Заросли кустарника

Рис. 5. Система разработки

Рис. 6

земснаряд - пульпопровод - карта намыва

И,1 1 6,3 |.| ,_Ь5

Параметры гидроотвала

Название параметре» Обозначение Ед, изм. Значення

Длина пфоотвала поверху и метр 603

Ширина гидроотвала поверху В, метр 603

Длина гидр (кивала поищу метр 660

Ширина гидроотвала понту в метр 660

Заложения откосов дамб : наружного 1:3

внутреннего 1:2

Ширина гребня М«р 2.5

Высота гидр отвала н метр 5.0

Средний уклон намывной поверхности і прошіль 35

Диаметр намывного пульповода А метр 0,55

Диаметр водосбросной трубы йс метр 0,6

Минимальный путь осаждения частиц метр 23,0

Максимальный путь осаждения частиц І^тах метр 6000

Уклон водосбросной трубы !Л і промиль 3

Условные обозначения

1 - дамба обвалования 7 - магистральный пульпопровод

2 - намывной пульпопровод 3 - опора В - прудок-отстойник

4 - выпуск гидросмеси 9 - кожух

5 - пляж намыва с откосом 10- водосбросной колодец

6 - плавучий пульпопровод 11 - водосбросная труба

Рис. 7. Гидроотвалообразование

Параметры карт намыва

Параметры карт намыва

Название параметров Обозначение Ед. изм. Значення

Длина карты намыва поверху ч метр 200

Ширина карты намыва поверху в, метр 180

Длина карты намыва понту ь метр 182

Ширина карты намыва понизу в метр 162

Высота яруса намыва ь метр 1.5

Высота карт намыва н метр 6,0

Угол откоса карты намыва в градус 40

Средний уклон намывной поверхности і промию» 16

Диаметр намывного пульповода а метр 0,5

Диаметр водосбросной трубы йс метр 0,6

Минимальный путь осаждения частиц Ьъш. метр 13,3

Максимальный путь осаждения частиц метр 7934

Уклон водосбросной трубы •то промиль 9

1-І М 1:50

1 Дамба первичного обвалования

2 Водосбросной колодец

3 Водосбросная труба

4 Намывной пульпопровод

Условные обозначения

5 Магистральный пульпопровод

6 Переключатель пульповода

7 Прудок-отстойник

8 Гидравлический экскаватор

9

10 И

Название параметров Обозначение Ед. изм. Значення

Длина карты намыва поверху и метр 180

Ширина карты намыва поверху В) метр 160

Длина карты намыва понизу ь метр 166

Ширина карты намыва понизу в метр 146

Высота яруса намыва ь метр 1,5

Высота карт намыва н метр 6,0

Угол откоса карты намыва в градус 40

Средний уклон намывной поверхности і промиль 34

Диаметр намывного пульповода <1 метр 0,6

Диаметр водосбросной трубы <1с метр 0,6

Минимальный путь осаждения частиц ьтіп метр 6,4

Максимальный путь осаждения частиц и.»* метр 138

Уклон водосбросной трубы . . 1 .... .. промиль 9

Автосамосвал Ось автодороги Кожух

Рис. 8. Карты намыва полезного ископаемого: а) при валовой выемке; б) при раздельной выемке

• земснаряд - пульпопровод - гидроотвал - на вскрышных работах.

При раздельной выемке вскрышная порода в виде гидросмеси транспортируется на гидроотвал, размерами в плане 690x690 м (рис. 7). Дамба первичного обвалования возводится на всю высоту (5 м) из привозного грунта. Гидроотвал намывается эстакадным способом по кольцу. Полезное ископаемое укладывается в карты намыва размером в плане 160x180 м высотой 6 м (рис. 8). Осветленная вода с карт намыва через шандорные колодца по водосбросным трубам сбрасывается обратно в водоем. С карт намыва песок отгружается для отсыпки дорог.

Результатом выполненной работы является технико-экономический расчет, который представлен в таблице. Сравнивая технико-экономические показатели, мы видим, что при раздельной выемке капитальные затраты на строительство карьера значительно выше, чем при валовой выемке (99818257 и 52845161 руб. соответственно). Однако за счет реализации качественного песка по более высокой цене, рентабельность предприятия возрастает на 15 % и прибыль остающаяся в распоряжении предприятия увеличивается более чем на 16 млн.руб. И самое главное качество намываемых автомобильных дорог заметно возрастает. Это стало возможным именно благодаря раздельной выемке полезного ископаемого и вскрышной породы.

V.A Kazakov

QUESTIONS OF IMPROVEMENT OF QUALITY OF SAND

Working out обводненного the Jurharovsky deposit of fine-grained sand in Western Siberia is considered. The special attention is given to sand improvement of quality according to separate dredging of lezno th mineral and вскрышной breeds. Technical and economic indicators are resulted.

Keywords: the mountain-geometrical analysis, separate dredging, the guide-rootval, alluvium cards, working out system.

Коротко об авторе _______________________________________

Казаков В.А. - аспирант кафедры ТО, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru