Переработка горных пород осуществляется на специализированном оборудовании, объединенном единым понятием - дробилки. Под этим единым названием подразумеваются машины, принцип действия которых может существенно различаться. Единственно, что их объединяет, - это функциональное назначение - превратить фрагмент карьерного камня в полезный для строительства продукт. Различают три базовых типа дробилок, и в основании этих различий лежат три типа воздействия рабочего дробящего органа на обрабатываемый материал. Появившаяся по хронологии первой щековая дробилка использует эффект раздавливания материала между двумя поверхностями при сравнительно медленном нарастании давления. Конусная дробилка использует и раздавливание, и истирание между двумя движущимися поверхностями. Дробилка ударного действия (и в первую очередь роторная) измельчает материал путём ударов: либо по куску материала, лежащему на поверхности, либо ударом быстро движущейся детали (до 70 м/сек.) по куску материала, либо ударом куска материала, движущегося с большой скоростью, о неподвижную плиту.
Переработка горных пород заключается в изменении их размера (дробление), сортировке по размерам (грохочение), очистке от примесей пустых пород и глинистых частиц (грохочение и промывка), разделение их по прочности (классификация).
Проектирование технологических схем переработки включает перечисленные элементы и выбор соответствующего оборудования, которое может обеспечить выпуск продукции (щебень, гравий, песок), соответствующий ГОСТам или техническим требованиям.
Дробление является обязательным элементом при переработке каменных материалов в щебень. Этот процесс характеризуется степенью измельчения, т. е. отношением среднего размера загружаемых в дробилку камней D к среднему размеру раздробленных кусков d (формула 4).
В связи с ограниченной степенью измельчения дробилок больших по размеру добываемых камней и потребностью в мелких фракциях щебня, только при проектировании небольших карьеров, можно ограничиться одной дробилкой, чаще следует применять дробление последовательно на двух и более камнедробилках.
i = D/d. (4)
Одна ступень измельчения материала до определенных размеров на одной или нескольких параллельно установленных камнедробилках называется стадией дробления. Стадию дробления составляют операции дробления вместе с относящимися к ней на каждом данном участке технологического процесса операциями грохочения.
Дробление исходной горной породы, поступающей из карьера, называется первой стадией дробления или первичным дроблением.
Последующие стадии дробления называются второй, третьей стадией или вторичным и третичным дроблением и т.д.
При выборе дробильного оборудования необходимо учитывать производительность агрегатов, установленных на разных стадиях дробления, соответствие дробилок размеру поступающего материала для дробления.
Выбор дробильно-сортировочного оборудования, количество и расстановка его зависят от необходимого размера щебня и объёма продукции.
Примерный выход щебня по фракциям после дробления в зависимости от ширины разгрузочной щели дробилки можно определить по кривым дробления (рисунок 1).
В курсовой работе необходимо определить выход количества щебня (по фракциям), исходя из максимальной ширины разгрузочной щели дробилки.
 |
Рисунок 1 – Кривые дробления
а – щёковой дробилкой; б – конусной дробилкой;
1 – для пород прочностью более 150 МПа; 2 – для пород прочностью 80 - 150 МПа; 3 - для пород прочностью 30 - 80 МПа.
По кривым дробления определяют выход щебня при минимальных и максимальных ширинах разгрузочной щели дробилки. По линии абсцисс цифры указывают размер щебня в долях ширины разгрузочной щели дробилки. По линии ординат - выход щебня в процентах, который должен дополнительно дробиться. Например, при работе дробилки с разгрузочной щелью 60 мм дополнительно должно перерабатываться 27% материала крупнее 70 мм (1,2 ширины разгрузочной щели), при величине щели 75 мм (максимальный размер щели агрегата ДРО-326) выход материала более 70 мм будет равен 40%. Аналогично определяют выход других фракций щебня и отсева при разных разгрузочных щелях и результаты заносят в соответствующую таблицу.
В качестве примера рассмотрим определение общего выхода щебня и отсева дробления горных пород при максимальной величине разгрузочной щели дробилки 88 мм, размер наиболее крупной фракции 40...70 мм.
Исходя из максимального размера щебня (70 мм) и величины разгрузочного отверстия дробилки (88 мм), определяют отношение
По графику кривых дроблении дополнительно должно дробиться 55% (Рисунок 1). То есть щебня размером меньше 70 мм может быть получено всего 45%. Аналогично определяют выход щебня других размеров (фракций), данные заносят в таблицу 4.
Таблица 4 – Ведомость выхода щебня по кривым дробления
 , по рис. 1 а – более
40 мм будет щебня 78%
| Ф 40-70 мм будет (остаток): 78%-55%=23%, остаток |
 ,более
20 мм будет щебня 89%
| Ф 20-40 мм будет (остаток): 89%-78%=11%, остаток |
 , более
10 мм будет щебня 94%
| Ф 10-20 мм будет (остаток): 94%-89%=5%, остаток |
 , более
5 мм будет щебня 97%
| Ф 5-10 мм будет (остаток): 97%-94%=3%, |
| 0-5 | 100%-97%=3% |
Рекультивация карьеров
Вскрытие и подготовка месторождений полезных ископаемых к освоению, добыча полезных ископаемых и переработка минерального сырья в подавляющем большинстве случаев сопровождаются нарушением значительных по площади территорий. Действующим природоохранительным законодательством предусматривается приведение участков земли и других природных объектов, нарушенных при пользовании недрами, в состояние, пригодное для их дальнейшего использования.
В процессе восстановления территорий, нарушенных горными разработками, различают два этапа - горнотехническую и биологическую рекультивации (Приложение 6).
Под горнотехнической рекультивацией следует понимать такое размещение вскрышных и вмещающих пород в выработанном пространстве разрезов и карьеров, в отвалах, хвосто- и шламохранилищах и на других объектах, которое без дополнительных горно-транспортных работ позволяет осуществлять биологическую рекультивацию и обеспечивает безопасность населения и охрану окружающей среды.
Цели горнотехнической рекультивации достигаются как при ведении основных горно-подготовительных и горно-транспортных, а также добычных работ, так и при осуществлении комплекса специальных работ, выполнение которых в составе основного технологического цикла невозможно или нецелесообразно.
Наиболее эффективна горнотехническая рекультивация, которая является технологическим звеном горных разработок, включенным в основные технологические процессы добычи полезных ископаемых.
Биологическая рекультивация включает в себя работы по восстановлению плодородия нарушенных земель, их озеленение, возвращение в сельскохозяйственное, лесное или иное пользование, создание благоприятного для жизни и деятельности человека ландшафта.
Опыт строительства автомобильных дорог показывает, что выбор оптимального места расположения карьера и его дальнейшего хозяйственного использования требует комплексного решения возникающих градостроительных, экологических и инженерно-гидрометеорологических проблем.
Негативное отношение к карьеру как техногенному объекту формируют следующие факторы: заброшенность карьерных разработок, отсутствие работ по рекультивации, или низкий эффект от их проведения, использование их в качестве стихийных свалок, что в значительной степени нарушает ландшафт и его эстетическое восприятие, а также от тех из них, на которых мероприятия по рекультивации не дали положительный эффект или были выполнены частично. Нередко в местах забора грунта отдельные участки местности приобретают малопригодный техногенный характер.
Эксплуатируемые и заброшенные карьеры, способствуют возникновению следующих вредных процессов:
1) являются дополнительным источником увлажнения и разрушения земляного полотна дорог, заиления кюветов, подтопления близлежащих зданий и сооружений;
2) вызывают активизацию оползней, осыпей, необратимые нарушения в плодородном слое почвы, приводящие к её деградации и гибели растительности. В свою очередь это вынуждает животных менять места обитания;
3) способствуют значительным изменениям гидрологического и гидрогеологического режимов прилегающей территории, которые приводят к существенным изменениям уровней грунтовых и поверхностных вод, вплоть до истощения водоносного горизонта.
В курсовой работе необходимо описать мероприятия по охране окружающей среды и рекультивации нарушенных земель, произвести выбор и расчёт прудов-отстойников для осветления промывочной воды.
Вода, удаляемая из карьера, должна сбрасываться в ближайший водопоток или в место, исключающее возможность её обратного проникновения в выработки и заболачивания прилегающих территорий. Сброс вод следует производить после их осветления, а в необходимых случаях - после очистки от вредных примесей. Места сброса необходимо согласовывать с местными органами санитарного надзора.
При промывке нерудных материалов на притрассовых карьерах и промбазах дорожного строительства организация оборотного водоснабжения с осветлением промывочной воды в тонкослойных отстойниках и прудах-отстойниках является, как правило, обязательной.
Предприятие по «мокрому» обогащению каменных материалов должно иметь пруды-отстойники соответствующей вместимости, предназначенные для осветления промывочной воды и организации оборотного водоснабжения.
Пруды-отстойники можно устраивать в замкнутых котлованах (в выработанном пространстве карьера), а также в оврагах и логах (путём перегораживания их дамбами).
Местоположение отстойников выбирают на основании технико-экономического сопоставления вариантов в увязке с компоновкой сооружений и устройств карьера и в зависимости от топографических, инженерно-геологических и гидрологических условий района строительства.
При определении вместимости отстойника Ео (м3) учитывают объём зоны, предназначенной для складирования осевших минеральных частиц, WQ (м3) и объём рабочей зоны, предназначенной для осветления воды, Wp (м3)
Ео=Wp+WQ; WQ=(Wп-Wy)bo (5)
где Wп - количество грунта, поступающего в отстойники с водой за определенный период, м3
Wy - количество грунта, удалённого из отстойника за определённый период, м3;
bo - коэффициент набухания; принимается равным для супеси 1,05-1,15, суглинка - 1,2-1,5, глины - 1,5-2.
Длину отстойника Lо (м) непрерывного действия определяют по формуле
, (6)
где а – коэффициент несовершенства отстойника (1,3- 1,5);
V0 – скорость течения воды в отстойнике, м/с.
, (7)
где Qв - количество воды, поступающей в отстойник в единицу времени, м3/с;
Во - ширина активной зоны осветления, м;
hoсв - расчётная мощность слоя воды в зоне осветления, м; задаётся равной 2-3 м и уточняется при проектировании;
W - гидравлическая крупность оседающих частиц, м/с.
При выборе размеров пруда-отстойника следует также учитывать следующее:
- количество загрязняющих примесей, содержащихся в оборотной воде, не должно превышать 2 г/л;
- крупность частиц загрязняющих примесей, находящихся в оборотной (осветлённой) воде, не должно превышать 0,03-0,05 мм; более крупные частицы вызывают быстрый износ насосов для подачи оборотной воды.