Проект завода по производству щебня и песка из кварцита

Раздел 1. Общие сведения о разработке месторождения.  

1.   Условия залегания.

    Природные химические соединения, встречающиеся  в земной коре, в виде однородных по составу, внутреннему строению и  физическим свойствам образований, называются минералами.

    Горной  породой называют однородную по строению минеральную массу, состоящую из одного минерала (простая, мономинеральная порода) или из нескольких минералов (сложная полиминеральная порода). Горные породы отличаются друг от друга по минеральному составу, происхождению, по строению, сложению и формам залегания в земной коре.

    Классификация:

1. Породообразующие минералы

• Группа кварца
• Группа алюмосиликатов
• Группа железисто-магнезиальные силикаты
• Группа карбонатов
• Группа сульфатов

2. Горные породы

• Магматические-17,1%

-  интрузивные(глубинные)

-  эффузивные (излившиеся)

• Осадочные-81,7%

-  рыхлые-64%

-  карбонатные-12,8%

-  сложные по цементу-4,9%

• Метаморфические-1,2%

     Кварцит - метаморфическая горная порода, образовавшаяся в результате

видоизменения кремнистого песчаника, состоящая из перекристаллизованных зерен кварца, сцементированных кремнеземом. Окраска кварцита разнообразна и зависит от содержания в нем примесей. Средняя плотность кварцита находится в пределах 2510-2700 кг/м³, твёрдость по шкале Мооса-7, пористость их составляет 2-3%, предел прочности находится в пределах 200-240 МПа. Кварциты обладают высокой долговечностью. Они устойчивы к выветриванию. Текстура: массивная, сланцеватая, пятнистая. Структура: зернистая. Используются для стен, фундаментов, облицовки, как абразивные плиты и материалы.

    Кроме кварца в кварцитах часто встречаются и другие минералы, по которым выделяются специальные разновидности кварцитов: слюдистые, гранатовые, роговообманковые и др. Образование связано с перекристаллизацией песчаников в процессе регионального метаморфизма. К кварцитам относят также некоторые кремнистые породы, являющиеся продуктами цементации кварцевых зёрен опалом или метасоматические замещения известняков и др. карбонатных пород кремнезёмом. Железистые кварциты, в которых, кроме кварца, присутствуют гематит или магнетит, образуются в результате перекристаллизации железистых песчаников или кремнистых сланцев. Кварциты характеризуются большим содержанием SiO2 (95—99%), высокой огнеупорностью до 1710—1770 °С и механической прочностью; временное сопротивление сжатию — 100—455 МН/м2 (1000— 4550 кгс/см2). 

2. Основные  требования к месторождению.

      Кварциты залегают среди разнообразных метаморфических пород в виде сплошных пластовых тел большой протяжённости. Особенно широко распространены кварциты в отложениях протерозоя. Многие разновидности 

кварцита — ценные полезные ископаемые. Железистые (магнетитовые) кварциты — важнейшая железная руда (например, месторождения Кривого Рога и Курской магнитной аномалии в СССР, оз. Верхнего в США, Лабрадора в Канаде). Кварциты, в которых содержание SiO2 достигает 98—99%, используются для изготовления динасовых огнеупорных изделий, для получения металлического кремния и его сплавов, а также в качестве флюса в металлургии (месторождения чистых кварцитов известны на Урале, в Карелии и др.).

    В Гурьевском карьере близ г. Венева вскрыт типовой разрез отложений верхов визейского и нижней части серпуховского ярусов нижнего отдела каменноугольной системы. Разрез является парастратотипом веневского горизонта верхневизейского подъяруса; парастратотипом тарусского горизонта, подсвит тарусской свиты, а также парастратотипом нижней подсвиты стешевского горизонта нижнесерпуховского подъяруса. Предлагается в качестве стратиграфического ГПП федерального ранга с заказным режимом охраны.

      В карьере снизу вверх вскрываются:

верхневизейский подъярус веневский горизонт веневская  свита нижняя (новогуровская) подсвита:

• в основании - микрослоистые детритовые, преимущественно фораминиферово-брахиоподовые, известняки, выше - известняки водорослевые и "пятнистые" (сингенетические брекчии), встречены остатки водорослей, фораминифер, остракод, кораллов, брахиопод (сл. 1-6; 4,2 м);

верхняя (суходольская) подсвита:

• в нижней части - серовато-белые толстоплитчатые известняки, выше - известняки криноидные; в основании - прослой коричнево-черной глины, в кровле - ризоидные известняки с вертикальными биотурбапиями и "трубами растворения" (следы древнего карста); встречены остатки

фораминифер, остракод, криноидей, кораллов, брахиопод (сл. 7-11; 3 м);

нижнесерпуховский подъярус тарусский горизонт тарусская свита нижняя (игнатовогорская) подсвита (залегает на размытой поверхности подстилающих отложений):

• серовато-белые крупноплитчатые "пятнистые" и водорослевые известняки с остатками водорослей, фораминифер, криноидей, кораллов, брахиопод, гастропод (сл. 12-15; видимая мощность 2,7 м);
• осыпь;
• серые фораминиферово-брахиоподовые известняки с остатками фораминифер, остракод, брахиопод (сл. 16; видимая мошность 0,3 м);

верхняя (беховская) подсвита:

• серые, в нижней части слабоглинистые, детритовые известняки с пачкой тонкого переслаивания желтовато-серых детритовых известняков и коричневато-серых глин в основании, со следами вертикальных биотурбаций в кровле, с остатками фораминифер, остракод, криноидей, брахиопод (сл. 17-20; 3 м);

стешевский  горизонт нижняя (глазечнинская) подсвита:

• в нижней части - светло-серые мелкодетритовые известняки, выше - известняки криноидные и слабоглинистые с прослоями глин, остатками фораминифер, остракод, криноидей, кораллов, брахиопод, гастропод (сл. 21-24; видимая мощность 3,3 м).

    Суммарная мощность вскрытых в карьере отложений  веневского горизонта составляет 7,2 м; тарусского горизонта (без учета  закрытого осыпью участка) - около 6 м; стешевского - 3,3 м. 
 
 
 
 
 

Раздел 2. Требования к качеству нерудных материалов (по ГОСТу) 

2.1. Требования по  ГОСТу. Технические  условия.

      Пески. Пески делятся на природные, обогащенные, фракционированные, дробленые и дробленые фракционированные. Природный песок - неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений без использования  или с использованием специального обогатительного оборудования. Дробленый песок - песок с крупностью зерен до 5 мм, изготавливаемый из скальных горных пород и гравия с использованием специального дробильно-размольного оборудования. Фракционированный песок - песок, разделенный на две или более фракций с использованием специального оборудования. Песок из отсевов дробления - неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, получаемый из отсевов дробления горных пород при производстве щебня и из отходов обогащения руд черных и цветных металлов и неметаллических ископаемых и других отраслей промышленности. К песку, предназначенному для использования в качестве заполнителями бетона, для строительных растворов, балластного слоя железнодорожного пути и строительства автомобильных дорог, предъявляют требования по ГОСТ 8736-93 “Песок для строительных работ. Технические условия”. Настоящий стандарт распространяется на природный песок и песок из отсевов дробления горных пород с истинной плотностью зерен от 2,0 до 2,8 г/см3, предназначенные для применения в качестве заполнителя тяжелых, легких, мелкозернистых, ячеистых и силикатных бетонов, строительных растворов, приготовления сухих смесей, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Требования настоящего стандарта не распространяются на фракционированные

и дробленые  пески. Песок должен быть изготовлен в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной предприятием-изготовителем. Песок в зависимости от значений нормируемых показателей качества (зернового состава, содержания пылевидных и глинистых частиц) подразделяют на два класса. Основные параметры и размеры. В зависимости от зернового состава песок подразделяют на группы по крупности: I класс - очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний и мелкий; II класс - очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий. Каждую группу песка характеризуют значением модуля крупности от 2,5 до 3,25, проход сквозь сито №014 не более 5%,  полный остаток песка на сите с сеткой № 063 не менее 50%, содержание зерен, содержание в песке пылевидных и глинистых частиц. Природный песок при обработке раствором гидроксида натрия (колориметрическая проба на органические примеси по ГОСТ 8735) не должен придавать раствору окраску, соответствующую или темнее цвета эталона.

      Щебень. Щебнем называют материал с зернами размером от 3(5) до 70 мм, полученный после дробления гравия крупных фракций, валунов и скальных пород. В зависимости от дробимости при раздавливании в цилиндре щебень подразделяют на семь марок по прочности: 1200, 1000, 600, 400, 300 и 200 (ГОСТ 8267-93 “Щебень и гравий из плотных пород. Технические условия”). Щебень должен изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной предприятием-изготовителем. Щебень выпускают в виде следующих основных фракций: от 5 (3) до 10 мм; св. 10 до 20 мм; св. 20 до 40 мм; св. 40 до 80 (70) мм и смеси фракций от 5 (3) до 20 мм. По согласованию изготовителя с потребителем выпускают щебень в виде фракций от 10 до 15 мм; св. 15 до 20 мм; св. 80 (70) до 120 мм и св. 120 до 150 мм, а также смеси фракций от 5 (3) до 15 мм; св. 5 (3)  

до 40 мм; св. 20 до 80 (70) мм. Полные остатки на контрольных ситах при рассеве щебня, марки по истираемости щебня, содержание зерен слабых пород, морозостойкость(F15; F25; F50; F100; F150; F200; F300; F400), содержание пылевидных и глинистых частиц, наличие вредных компонентов и примесей, стойкость к воздействию окружающей среды, радиационно-гигиеническая оценка, обеспеченность установленных стандартом значений показателей качества. 

2.2 Требования по  ГОСТу. Методы испытания 

Песок. Для определения качественных характеристик песка применяют методики, предусмотренные ГОСТ 8735-89 “Песок для строительных работ. Методы испытаний”. Общие положения:

      1) Область применения методов испытаний песка, предусмотренных настоящим стандартом. 2) Пробы взвешивают с погрешностью 0,1 % массы, если в стандарте не даны другие указания. 3) Пробы или навески песка высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре (105 ± 5) °С до тех пор, пока разница между результатами двух взвешиваний будет не более 0,1 % массы. Каждое последующее взвешивание производят после высушивания не менее 1 ч и охлаждения не менее 45 мин. 4) Результаты испытаний рассчитывают с точностью до второго знака после запятой, если не даны другие указания относительно точности вычисления. 5) За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение параллельных определений, предусмотренных для соответствующего метода. 6) Стандартный набор сит для песка включает сита с круглыми отверстиями диаметрами 10; 5 и 2,5 мм и сита проволочные со стандартными квадратными ячейками № 1,25; 063; 0315; 016; 005 по ГОСТ 6613-86 (рамки сит круглые или квадратные с

диаметром или боковой стороной не менее 100 мм). 7) Температура помещения, в котором проводят испытания, должна быть (25 ± 10) °С. Перед началом испытания песок и вода должны иметь температуру, соответствующую температуре воздуха в помещении. 8) Воду для проведения испытаний применяют по ГОСТ 2874-82 или ГОСТ 23732-79, если в стандарте не приведены указания по использованию дистиллированной воды. 9) При использовании в качестве реактивов опасных (едких, токсичных) веществ следует руководствоваться требованиями безопасности, изложенными в нормативно-технических документах на эти реактивы. 10) Для проведения испытаний допускается применять импортное оборудование, аналогичное приведенному в настоящем стандарте. Нестандартизованные средства измерений должны пройти метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ 8.326-89.

      Щебень. Для определения качественных показателей щебень из естественного камня испытывают по методикам, указанным в ГОСТ 8269-82 “Щебень из естественного камня. Методы испытания”. 

Раздел 3. Подготовка и вскрытие месторождения горных пород 

3.1 Подготовка и вскрытие месторождения горных пород. 

      Для начала разработки месторождения и  ввода карьера в эксплуатации осуществляются горно-капитальные работы. К этим работам относят: проходку въездных траншей или полутраншей в контуре или вне карьерного поля; разрезных траншей по полезному ископаемому длиной, необходимой для нормальной эксплуатации. Производят нарезку уступов и выполняются вскрышные работы, в объеме, обеспечивающем подготовку к выемке запасен на срок менее 6-ти месяцев работы. Кроме того, должны быть проведены 

работы  по осушению поверхности месторождения; проведению нагорных каналов; осуществляют рубку леса и корчевание пней на площади горно-капитальных выработок. Минимальное количество подготовленных к выемке запасов должно обеспечивать работу карьера в течение 3 месяцев при круглогодичном режиме, вскрышных работ. При сезонном режиме работ по вскрыше, подготовленные запасы при транспортной системе разработки, должны обеспечить не менее 2-х месяцев работы на начало сезона и 6-8 месяцев к концу сезона. При бестранспортной системе разработки готовые к выемке запасы определяют длиной фронта работ. Руководящий уклон капитальных траншей принимают в % :

-при  рельсовом транспорте - до 2.. .4;

-при  автомобильном транспорте - до 7... 8;

              -при троллейбусном  транспорте - до 12;

-при  конвейерном транспорте - до 30 %. При установлении положения трассы траншей, ее стремятся провести так чтобы при минимальных объемах строительных работ обеспечить наилучшие условия в период эксплуатации. Различают тупиковую, спиральную и петлевую формы трасс.

Количество  пустых пород, добытых и перемещенных  в отвал, приходящихся на объемную или массовую единицу добычи полезного ископаемого, называется коэффициентом вскрыши (KB). Различают коэффициенты вскрыши: средний КВ_ср, эксплуатационный КВ_Э, слоевой КВ_СЛ., контурный КВ_кон, текущий КВ_Т., граничный КВ_Ф и плановый КВ_ПЛ.

Средний коэффициент вскрыши характеризует  отношение объема пустых пород к  запасам полезного ископаемого (по объему или по массе) в контуре  карьера в целом .

Текущий коэффициент вскрыши определяется как отношение объема пустых пород, перемещенных в отвал, за какой-либо период времени (месяц, год) к объему (или массе) полезного ископаемого, добытого за тот же период. Слоевой коэффициент вскрыши характеризует отношение объема вскрышных

пород в границах горизонтального слоя (обычно отступа) к запасам полезного ископаемого в этом же слоем.

Высота уступа. При разработке пород механическими лопатами высота уступа не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора, а при разработке драглайнами и многочерпаковыми экскаваторами высота уступа должна соответствовать параметрам экскаваторов. При разработке пород с применением взрывных работ высота уступа не должна превышать 1,5 высоты черпания. На карьерах нерудных строительных материалов наблюдается тенденция к увеличению высоты уступов. Это делает возможность значительно сократить протяженность транспортных коммуникаций в карьере, увеличить масштабы массовых взрывов, улучшить технологию буровзрывных работ. Ширину заходки принимают для механической лопаты от одного до полутора радиусов черпания на уровне стояния; для драглайна - по значению нормального радиуса черпания и углу рабочего разворота драглайна, величини которого устанавливают в пределах 30 - 45°.Ширина рабочей площадки. Её минимальную величину определяют пи формуле : В = А+ Б + Г + Д+ ....+ М ;

где А-ширина экскаваторной заходки,  м;

              В-ширина развала  породы  после взрыва, м;

               Г-расстояние от развала до транспортной полосы, м;

               Д-ширина транспортной полосы, м;

               Е-берма в пределах призмы обрушения, м. 

3 

3.2. Добычные работы. 

      Добычные  работы при открытой россыпных месторождений  разработке заключаются в непосредственной разработке песков, доставке их на обогатительную установку или фабрику, в уборке хвостов обогащения. Наиболее целесообразна организация добычных работ, при которой на них используется та же техника, что и на подготовительных работах. Однако это не всегда возможно прежде всего потому, что крепость песков обычно выше, чем у вскрышных пород. Основная добычная машина при разработке мёрзлых россыпей — бульдозер. Экскаваторы применяют при разработке талых песков, имеющих значительную мощность пласта.

      Добычные  и вскрышные работы тесно взаимосвязаны между собой . Прежде всего, эта увязка обеспечивается опережением вскрышных работ, которое зависит от принятой их системы, талого или мёрзлого состояния россыпи. Под системой открытых горных разработок понимается определенный порядок выполнения подготовительных, вскрышных и добычных работ, обеспечивающий для данного месторождения безопасную, экономичную и наиболее полную выемку кондиционных запасов полезного ископаемого. В горнодобывающей промышленности получила широкое распространение классификация систем разработки профессора Е.Ф. Шешко и академика Н.В.Мельникова. В основу этой классификации положен общий признак - способ перемещения вскрышных пород.

      По  этому признаку система разработки бывает следующая:

-бестранспортная:

а)простая - с непосредственным перемещением породы во внутренние отвалы экскаватором;

б)с  переэкскавацией пород на отвалах;

в)экскаватор в карьере, когда вскрышные и  добычные работы осуществляются одним  экскаватором попеременно;

-транспортно-отвальная  с перемещением вскрышных пород во внутренние отвалы при помощи транспортно-отвальных мостов или консольных отвалообразователей

-транспортная  с перемещением вскрышных пород  во внутренние или внешние  отвалы при помощи рельсового, автомобильного или конвейерного  транспорта Наибольшее распространение на карьерах нерудных строительных материалов получила транспортная система с использованием автосамосвалов с грузоподъемностью от 5 до 27 тонн;

-специальная,  при которой удаление вскрышных  пород осуществляется при помощи  башенных экскаваторов, колесных скреперов, способом гидромеханизации, кабельными кранами. На ряде карьеров НСМ с мягкими, глинистыми породами нашли применение специальные системы разработки с использованием скреперов и гидромеханизации;

-комбинированная,  при которой удаление вскрышных пород производят е сочетании приведенных выше систем. Добыча сырья для производства щебня повсеместно ведется открытым способом с применением буровзрывных работ, что обусловлено прочностными свойствами полезного ископаемого – крепкий известняк, доломиты, габбро, базальты и др. Для бурения взрывных скважин широко применялись электрические станки шарошечного бурения и ударно-поворотного бурения. В целом по щебеночному производству прослеживается тенденция снижения протяженности транспортировки горной массы и продуктов переработки. Первичное дробление с отбором карьерной мелочи располагается либо непосредственно в забое (мобильные дробильные установки), либо стационарно на борту карьера. Конструкция современных дробильных установок не требует сооружения укрытий в виде зданий дробильных корпусов, укрытых галерей и т. п., что позволяет снижать капитальные затраты.

      Происходит  переход на дизельную добычную и  буровую технику, что упрощает ведение  горных работ благодаря отсутствию электрических 

высоковольтных сетей. Производство щебня, особенно базальтового, довольно затратное по причине высокой крепости и абразивности перерабатываемого материала. Исполнительные органы горных машин, брони дробилок, конвейерные ленты, сита грохотов подвергаются интенсивному износу, поэтому требования к конструктивной прочности ответственных узлов оборудования довольно высоки. 

3.3. Выемка и погрузка  горных пород. 

      Подготовительные  работы для горных пород к выемке. Подготовительные работы для горных пород к выемке являются начальным и производятся для обеспечения безопасности и полного технологического процесса ведения разработки горных работ.

      Подготовка  горных работ к выемке включает: осушение пород; разупрочнение пород  перед выемкой – разделение массива  на более мелкие частицы различными способами; изменение агрегатного состояния горных пород.

      Выемка  мягких, песчаных, естественно нарушенных мелкораздробленных пород и песчано-гравийной  смеси, которая успешно может  производиться всеми видами выемочно-погрузочного оборудования.

      Разработка  плотных и наименее прочных полускальных горных пород может осуществляться непосредственно выемочными машинами с повышенными усилиями резания. Если усилия рыхления пород недостаточно, то используются механические способы  разрыхления или взрывные для сотрясения. Скальные и полускальные горные породы подготавливаются к выемке взрывным способом.

      Осушение  пород перед выемкой. Наличие воды в карьерах затрудняет условия для выполнения работ как для людей, так и для механизмов. Насыщенные водой породы меняют свои физико-химические свойства и  

становятся  непригодными для разработки и дальнейшей переработки.

      Осушение (дренаж) карьерных полей предусматривает  снижение уровня или напоров водоносных горизонтов и выполняется с целью  сокращения притока воды в горные выработки, обеспечения устойчивости горно-технических сооружений,  снижение влажности полезного ископаемого и другие показатели, снижающие возможности горных работ.

      Горные  породы по дренируемости разделяют  на 6 групп:

1. скальные и полускальные породы, устойчивые к воздействию воды;
2. твердые плотные трещиноватые глинистые породы способные набухать и размокать на фильтрующих участках уступов;
3. слабые глинистые породы, интенсивно набухающие при контакте с водоносными породами, водоупорные, устойчивые к размоканию;
4. слабые песчано-глинистые породы с высокой пористостью, малой водопроницаемостью, склонные к оплыванию;
5. несвязные породы с хорошей водопроницаемостью;
6. неуплотненные осадки водоемов.

Месторождения полезных ископаемых разделяют на группы А, Б и В по дренируемости и влиянию дренажа на устойчивость бортов карьеров. В группу А включены месторождения, сложенные из слабых глинистых и несвязанных пород. В зависимости от условия залегания пород месторождения выделяют подгруппы:

А-1- сложенные  горизонтально залегающими слоями;

А-2- с  полого залегающими слоями;

А-3- наклонно и круто залегающими слоями пород.

В группу Б включены месторождения, сложенные  преимущественно горно-геологическими комплексами трещиноватых, хорошо фильтрующих  пород. К группе В относят месторождения, в сложении которых участвуют комплексы А и Б. 
 

      Дренаж  карьеров осуществляется с применением  устройств различных типов: водопонижающих скважин, оборудованных глубинными насосами; дренаж штреков с фильтрами  и колодцами; самоизливающихся и поглощающих скважин; иглофильтрованных установок; прибортового дренажа; дренажных траншей, канав, зумпфов.

      Механическое  рыхление пород. Механическое рыхление- послойное отделение пород от массива, затем разделение на куски, обеспечивающих выемку и дальнейшую переработку горной породы. Применяемые рыхлители по способу крепления рабочего органа разделяют на навесные и прицепные. Применение механического рыхлителя для подготовки горной массы к выемке и погрузке наиболее перспективно при разработке карбонатных месторождений.

      Рыхление  горных пород взрывом. Получение дробленных (разрыхленных) горных пород использованием буровзрывными работами занимают 20-25% стоимости всех работ в технологическом цикле.

От качества разрыхления горной породы взрывом  зависит её дальнейшая переработка  и качественные характеристики.