Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Расчет производительности карьера по добыче щебня представляет собой комплексную задачу, требующую учета множества технологических, организационных и технических факторов. Производительность карьера определяется как минимальная из трех основных звеньев технологической цепочки: добычи горной массы, ее переработки на дробильно-сортировочном комплексе и отгрузки готовой продукции потребителям.
Правильный расчет производительности позволяет рационально подобрать парк карьерной техники, спланировать объемы добычи, выявить узкие места в технологическом процессе и принять обоснованные решения по модернизации производства. От точности расчетов зависит экономическая эффективность работы всего предприятия.
Общая производительность карьера рассчитывается по формуле определения минимального значения из трех основных технологических звеньев. Каждое звено имеет свою специфику расчета и факторы, влияющие на итоговый результат.
Qкарьера = min (Qдобыча, Qпереработка, Qотгрузка)
где:
Важно понимать, что каждое из этих звеньев включает несколько последовательных операций, и производительность звена также определяется его самым медленным элементом. Например, добыча включает бурение скважин, взрывные работы и экскавацию породы.
Буровзрывные работы являются первым и критически важным этапом добычи щебня на карьере. Основная задача этого этапа - подготовить горную массу к последующей экскавации путем бурения скважин и их заполнения взрывчатыми веществами для дробления скальной породы.
На современных карьерах применяются буровые станки вращательного бурения, оснащенные шарошечными долотами. Для щебеночных карьеров характерно использование частой сетки взрывания при диаметрах скважин от 105 до 250 миллиметров. Наиболее распространены станки с диаметром бурения 160-200 миллиметров.
Qбур = (Lскв × Nскв × Kи) / Tсм
После бурения скважины заряжаются взрывчатыми веществами. Глубина взрывных скважин на карьерах обычно составляет от 15 до 20 метров. Взрывные работы проводятся периодически, в зависимости от интенсивности добычи. На многих карьерах взрывы проводятся один раз в неделю или даже один раз в месяц для минимизации простоя техники.
Карьер с высотой уступа 15 метров, площадь блока для взрывания 50×30 метров:
После взрывных работ разрыхленная горная масса экскавируется и погружается в транспортные средства для доставки на дробильно-сортировочный комплекс. Производительность экскаваторов является одним из ключевых параметров, определяющих общую производительность карьера.
Эксплуатационная производительность экскаватора зависит от объема ковша, времени цикла, коэффициента наполнения ковша и коэффициента использования рабочего времени. Для карьеров по добыче щебня обычно применяются гидравлические экскаваторы с ковшами объемом от 4 до 20 кубических метров.
Qэкс = (3600 × E × Kн × Kи) / (Tц × Kр)
Гидравлический экскаватор с ковшом 10 кубических метров:
Qэкс = (3600 × 10 × 1.1 × 0.75) / (30 × 1.4) = 707 кубических метров в час
При плотности породы 2.5 тонн/кубический метр: 707 × 2.5 = 1768 тонн в час
Для определения сменной производительности экскаватора необходимо учитывать продолжительность смены и неизбежные простои, связанные с передачей смены, техническим обслуживанием и заменой транспортных средств.
Qсм = Qэкс × Tсм × Kи.э
где Tсм - продолжительность смены (8 часов), Kи.э - коэффициент использования экскаватора в течение смены (0.75-0.85)
Дробильно-сортировочный комплекс является центральным звеном в производстве щебня. От его производительности и времени работы напрямую зависит объем выпускаемой товарной продукции. ДСК представляет собой технологическую линию, состоящую из питателей, дробилок различных ступеней, грохотов для сортировки и конвейеров для транспортировки материала.
На карьерах применяются как стационарные, так и мобильные ДСК. Стационарные комплексы целесообразны для крупных месторождений с длительным сроком эксплуатации, мобильные установки используются для небольших залежей или временных объектов. Производительность современных ДСК варьируется от 50 до 3000 тонн в час.
QДСК = Пном × Tраб × Kи
Реальная производительность дробильно-сортировочного комплекса зависит от множества факторов: крепости исходной породы, влажности материала, начальной крупности кусков, требуемого гранулометрического состава готовой продукции и технического состояния оборудования. Высокоабразивные материалы ускоряют износ рабочих органов, что требует более частых остановок для замены изношенных деталей.
ДСК с номинальной производительностью 300 тонн в час:
Qсут = 300 × 16 × 0.8 = 3840 тонн в сутки
При работе 300 дней в году: Qгод = 3840 × 300 = 1 152 000 тонн в год
Последним звеном в технологической цепочке является отгрузка готового щебня потребителям. Производительность этого этапа зависит от количества транспортных средств, времени их оборота и организации погрузочно-разгрузочных работ.
При транспортировке готовой продукции используются автомобильные самосвалы различной грузоподъемности или железнодорожный транспорт. Выбор транспорта зависит от дальности перевозки, объемов отгрузки и наличия соответствующей инфраструктуры.
Qотгр = (Nавто × Qавто × nрейс) / Tсмена
На внутрикарьерных перевозках от забоя до ДСК применяются карьерные самосвалы большой грузоподъемности. Современные модели карьерных самосвалов БЕЛАЗ имеют грузоподъемность от 45 до 450 тонн. Для щебеночных карьеров наиболее характерны самосвалы грузоподъемностью 45-130 тонн.
Требуется обеспечить доставку 300 тонн горной массы в час на ДСК:
Необходимое количество самосвалов: 300 / 135 = 2.22 ≈ 3 единицы
После расчета производительности всех звеньев технологической цепочки необходимо определить узкое место - тот участок, который ограничивает общую производительность карьера. Именно узкое место становится приоритетом для модернизации и оптимизации.
Для определения узкого места сравнивают расчетные производительности всех основных технологических операций, приведенные к единым единицам измерения. Узким местом является операция с наименьшей производительностью.
Карьер со следующими показателями производительности:
Узкое место: Переработка на ДСК (240 т/ч) - самое медленное звено
Фактическая производительность карьера: 240 тонн в час
При этом мощности по добыче (1400 т/ч) используются только на 17 процентов, а по отгрузке (320 т/ч) - на 75 процентов.
Наличие узкого места приводит к неполному использованию производственных мощностей других звеньев. Это означает простои техники, нерациональное использование трудовых ресурсов и увеличение удельных затрат на производство. С другой стороны, значительное превышение мощности одного звена над другими также неэффективно, так как требует дополнительных капитальных вложений без соответствующей отдачи.
После выявления узкого места необходимо разработать мероприятия по оптимизации парка техники. Цель оптимизации - достижение максимальной производительности при минимальных удельных затратах. Существует два основных подхода к оптимизации: усиление узкого места или приведение мощностей других звеньев в соответствие с ним.
Выбор стратегии зависит от планируемых объемов производства, финансовых возможностей предприятия и перспектив развития карьера. Если планируется увеличение объемов добычи, целесообразно усилить узкое место. Если текущие объемы достаточны, имеет смысл оптимизировать состав парка техники для снижения издержек.
Вариант 1: Усиление узкого места (ДСК)
Вариант 2: Оптимизация парка без роста производства
При формировании парка карьерной техники следует руководствоваться принципом разумной избыточности. Производительности смежных звеньев должны быть сопоставимы, но допустимо превышение на 10-20 процентов для создания резерва на случай простоев или ремонта. Особенно это важно для критичного оборудования, такого как ДСК, простой которого парализует всю работу карьера.
Рассмотрим комплексный расчет производительности карьера с дробильно-сортировочным комплексом номинальной производительностью 300 тонн в час, работающим в две смены по 8 часов.
Переработка (ДСК):
Добыча:
Транспортировка:
QДСК = 300 × 16 × 0.8 = 3840 тонн в сутки
Часовая производительность: 3840 / 16 = 240 тонн в час
Годовая производительность: 3840 × 300 = 1 152 000 тонн в год
Производительность одного экскаватора:
Qэкс = (3600 × 8 × 1.1 × 0.75) / (28 × 1.4) = 604 м³/ч = 1510 т/ч
Общая производительность 2 экскаваторов: 1510 × 2 = 3020 тонн в час
Производительность одного самосвала: 45 × 3 = 135 т/ч
Общая производительность 8 самосвалов: 135 × 8 = 1080 тонн в час
Производительности звеньев:
Производительность карьера = min(3020, 240, 1080) = 240 тонн в час
Суточная производительность: 3840 тонн
Годовая производительность: 1 152 000 тонн или 1.15 миллиона тонн
Узким местом является переработка на ДСК с фактической производительностью 240 тонн в час. При этом мощности по добыче используются лишь на 8 процентов (240/3020), а по отгрузке - на 22 процента (240/1080).
Вариант 1 - Увеличение производительности ДСК:
Вариант 2 - Оптимизация парка техники:
Оптимальная производительность дробильно-сортировочного комплекса определяется на основе планируемых объемов добычи и геологических запасов месторождения. Сначала необходимо рассчитать требуемый годовой объем производства щебня исходя из рыночного спроса и технико-экономического обоснования проекта. Затем определяется количество рабочих дней в году и режим работы комплекса. На основании этих данных рассчитывается необходимая часовая производительность ДСК с учетом коэффициента использования оборудования. Важно также учесть возможности расширения производства в будущем и предусмотреть соответствующий резерв мощности.
Коэффициент использования оборудования учитывает неизбежные технологические и организационные простои в работе. Для дробильно-сортировочных комплексов типичное значение коэффициента составляет от 0.75 до 0.85, что означает использование оборудования на 75-85 процентов от номинального времени работы. Простои включают плановые остановки на техническое обслуживание, замену изношенных деталей дробилок и грохотов, очистку оборудования от налипшего материала, устранение мелких неисправностей, перерывы на смену персонала, а также простои из-за отсутствия исходного сырья или переполнения складов готовой продукции. Достижение коэффициента использования выше 0.9 практически невозможно из-за технических ограничений и требований безопасности.
Крепость горных пород существенно влияет на все звенья технологической цепочки. При бурении более крепких пород снижается скорость проходки скважин и увеличивается износ бурового инструмента, что требует более частой замены шарошечных долот или коронок. В процессе взрывных работ для дробления крепких пород требуется больший расход взрывчатых веществ на единицу объема горной массы. При экскавации крепкие породы увеличивают время черпания и снижают коэффициент наполнения ковша экскаватора. На этапе переработки высокопрочные породы снижают производительность дробилок и ускоряют износ рабочих органов оборудования, что требует более частых остановок на замену изношенных деталей. В целом, при увеличении крепости пород с 8 до 14 по шкале Протодьяконова производительность может снизиться на 20-30 процентов.
Для расчета необходимого количества экскаваторов нужно учесть их часовую производительность и обеспечить запас на случай простоев. Если принять гидравлический экскаватор с ковшом 15 кубических метров, время цикла 35 секунд, коэффициент наполнения 1.1, коэффициент использования 0.75 и плотность породы 2.5 тонн на кубический метр, то часовая производительность одного экскаватора составит примерно 2250 тонн в час. Для обеспечения работы ДСК 500 т/ч теоретически достаточно одного экскаватора, однако на практике рекомендуется иметь минимум 2 единицы для создания резерва на случай поломок и ремонта. При работе в три смены целесообразно иметь 3 экскаватора, что позволит организовать планово-предупредительный ремонт без остановки производства.
Расчет потребности в самосвалах основывается на времени их оборота и требуемой производительности по транспортировке. Время оборота включает время погрузки, движения с грузом, разгрузки и возврата к месту погрузки. Для расчета необходимо определить расстояние от забоя до ДСК, среднюю скорость движения самосвала с грузом и без груза, время погрузки и разгрузки. Например, при расстоянии 2 километра, скорости 15 километров в час с грузом и 25 километров в час порожним, времени погрузки 5 минут и разгрузки 2 минуты, общее время оборота составит примерно 20 минут. При грузоподъемности самосвала 45 тонн один автомобиль сможет перевозить 135 тонн в час. Для обеспечения производительности 300 тонн в час потребуется минимум 3 самосвала, но рекомендуется иметь 4-5 единиц с учетом резерва.
Если буровые работы становятся узким местом, существует несколько способов повышения их производительности. Первый вариант - увеличение количества буровых станков или их замена на более производительные модели с большим диаметром бурения и повышенной скоростью проходки. Второй подход - оптимизация параметров буровзрывных работ, включая изменение сетки скважин, их глубины и угла наклона. Третий вариант - улучшение организации работ, включая переход на круглосуточный режим бурения, совмещение бурения на разных блоках для исключения простоев, своевременное техническое обслуживание станков. Также эффективно применение современных буровых долот с увеличенным ресурсом и использование прогрессивных технологий бурения, таких как пневмоударное бурение для твердых пород.
Сезонные факторы оказывают существенное влияние на производительность карьера, особенно в регионах с суровым климатом. В зимний период при низких температурах увеличивается время запуска и прогрева техники, снижается производительность дизельных двигателей, возрастает вязкость смазочных материалов, что замедляет работу гидравлических систем экскаваторов и самосвалов. Промерзание горной массы затрудняет ее экскавацию и может потребовать дополнительного рыхления. Снегопады и гололед снижают скорость движения транспорта и увеличивают время цикла. В результате зимой производительность может снижаться на 20-50 процентов по сравнению с летним периодом. Для компенсации сезонных колебаний применяют увеличение времени работы в благоприятный период, создание запасов взорванной горной массы перед зимой, использование систем подогрева техники и предпусковых подогревателей.
При проектировании карьера рекомендуется закладывать запас производительности в размере 15-25 процентов от расчетной потребности. Это обусловлено несколькими факторами. Во-первых, фактическая производительность оборудования всегда ниже номинальной из-за неизбежных простоев на техническое обслуживание и ремонт. Во-вторых, возможны отклонения фактических горно-геологических условий от принятых в проекте, что может снизить производительность. В-третьих, наличие резерва мощности позволяет компенсировать выход из строя отдельных единиц техники без остановки производства. Для дробильно-сортировочного комплекса как наиболее критичного элемента производства рекомендуется предусматривать возможность быстрой установки дополнительной линии переработки или резервного оборудования. Для мобильной техники достаточно иметь в парке на одну-две единицы больше расчетного количества.
Взрывные работы обычно проводятся периодически и не являются непрерывным процессом, поэтому их влияние на годовую производительность учитывается через количество рабочих дней в году. В день проведения массового взрыва все остальные работы в карьере прекращаются на время подготовки, самого взрыва и проветривания карьера, что может занять от нескольких часов до целой смены. Если взрывы проводятся еженедельно, то из 365 дней года нужно вычесть примерно 50-52 дня на взрывные работы, праздники и плановые ремонты, получив около 300 рабочих дней. При ежемесячных взрывах количество рабочих дней увеличивается. Важно также учитывать, что после взрыва требуется время на осмотр блока и подготовку к экскавации, поэтому в день взрыва производительность существенно снижается. Для минимизации потерь современные предприятия стремятся концентрировать взрывные работы в один день в неделю или месяц.
Основное отличие в расчетах заключается в коэффициенте использования оборудования и времени работы. Стационарные дробильно-сортировочные комплексы проектируются для длительной эксплуатации на одном месте, имеют более высокую надежность и могут работать практически круглосуточно с коэффициентом использования до 0.85. Они требуют капитального строительства фундаментов и коммуникаций, но обеспечивают стабильное качество продукции. Мобильные ДСК более гибки в применении, могут перемещаться между объектами, но имеют меньшую производительность и более низкий коэффициент использования около 0.7-0.75 из-за времени на перемещение и монтаж на новом месте. Также мобильные установки обычно имеют упрощенную схему дробления и сортировки, что может снизить выход товарных фракций. При расчете производительности мобильного ДСК необходимо дополнительно учитывать время на его транспортировку и установку.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.