Организация производства кубовидного щебня на Арголевском месторождении строительного камня

По форме зерен щебень подразделяют на четыре группы (содержание зерен пластинчатой и игловатой форм, % по массе):

• I группа – до 15%;
• II группа – от 15% до 25%;
• III группа – от 25% до 35%;
• IV группа – от 35% до 50%.

Необходимо заметить, что лещадность – это одна из самых важных характеристик качества щебня. Чем меньше лещадность, чем более кубовидную форму имеет щебень, тем более качественным он считается. Наличие в щебне зерен пластинчатой и игловатой форм приводит к увеличению межзерновой пустотности в смеси. Это в свою очередь приводит к увеличению расхода связующего компонента, что влечет за собой дополнительные материальные затраты. Кроме того, кубовидные зерна обладают большей прочностью, чем зерна пластинчатой и игловатой форм. Следовательно, использование кубовидного щебня в любых областях его применения экономически целесообразно.

Прочность щебня характеризуют пределом прочности исходной горной породы при сжатии. В зависимости от марки щебень делят на группы:

• высокопрочный — М1200-1400,
• прочный — М800-1200,
• средней прочности — М600-800,
• слабой прочности – М300-600,

В щебне нормируется содержание зерен слабых пород с пределом прочности исходной породы при сжатии в водонасыщенном состоянии до 20 МПа. По ГОСТ 8267—93 щебень марок М1400, М1200, М1000 не должен содержать зерна слабых пород в количестве более 5%, щебень марок М800, М600, М400 — более 10%. Наибольшим спросом пользуется щебень с маркой по прочности М1200. Высокопрочный щебень М1400-1600 в основном используется в производстве тяжелых высокопрочных бетонов, в несущих мостовых конструкциях, ответственных фундаментах и т.п.

В щебне нормируют содержание пылевидных и глинистых частиц (размером менее 0,05 мм). Кроме того, выделяют комки глины с крупностью частиц от 1,25 мм до наибольшего размера зерен щебня данной фракции при смеси фракций. Для всех видов и марок щебня по прочности содержание глины в комках в общем количестве пылевидных и глинистых частиц не должно превышать 0,25% по массе. В щебне из магматических и метаморфических пород содержание пылевидных и глинистых частиц по массе не должно превышать 1 %, в щебне из осадочных пород марок от М600 до М1200—2%.

Морозостойкость щебня характеризуют числом циклов замораживания и оттаивания. По морозостойкости щебень подразделяют на марки.

Одной из специфических характеристик щебня является адгезия. Этот параметр отражает оценку качества сцепления вяжущих материалов с поверхностью щебня [3,4].

Характеристики щебня месторождения «Арголевское» указанны в табл. 3.1.

Горные породы-порфирит ГОСТ 8267-93, ГОСТ 9128-97

 

Таблица 3.1 - Характеристики щебня [4]

№	Наименование основных показателей	Значения
1	Марка щебня по прочности	М1400
2	Лещадность (содержание зерен пластинчатой и игловатой форм), % по массе	10-12
3	Марка по морозостойкости	F300
4	Марка по истираемости	И1
5	Насыпная плотность, тонн/м3	1,463-1,519
6	Содержание зерен слабых пород, % по массе	0,19
7	Радиоактивность, Бк/кг	29-44 (1 класс)
8	Содержание пылевидных и глинистых частиц, % по массе	0,40
9	Содержание глины в комках, % по массе	0,12
10	Средняя плотность щебня марки 1400, кг/м3	2,932
11	Пустотность, %	49-51

 

 

3.3. Данные испытаний щебня из строительного камня Арголевского месторождения

Для определения оптимальной технологии переработки исходного сырья и оценки качества намечаемой к выпуску продукции были проведены лабораторные испытания, которые показали, что продуктивные породы Арголевского месторождения могут использоваться для производства щебня, соответствующего требованиям ГОСТ 23845-86.

Испытания проб щебня Арголевского месторождения проведены с целью определения пригодности для строительных и дорожных работ.

Для испытания получены 18 проб, отобранных из керна скважин. Керны представлены плотными горными породами.

Керновые пробы раздроблены на щековой дробилке с зазором 10-20 мм, одностадийно, рассеяны на ситах 20, 10 мм. Основной фракцией были зерна 10-200 мм, в меньшем количестве – 5, 10 мм, которые и рассматривались при испытаниях в качестве основного продукта.

Использовалась следующая методика испытаний.

От керновых проб отобраны монолитные куски породы, пригодные для вырезки образцов, с высотой, равной диаметру керна, для определения прочности.

Основная масса проб целиком дробилась на щековой дробилке с зазором 10-20 мм путем однократного пропуска материала. Раздробленная порода рассеивалась на ситах с круглыми отверстиями 20, 10 и 5 мм.

Дробимость щебня определялась по методике ГОСТ 8269.0-97 с использованием гидравлического пресса, усилием 500 тн., прочность при сжатии породы на прессе, усилием 100 тн. Истираемость щебня определялась на полочном барабане.

Испытания выделенных проб щебня и песка на соответствие требованиям ГОСТ 8267-93, ГОСТ 9128-97 и ГОСТ 8736-93 проведены по методикам ГОСТ 8269-97 и ГОСТ 8735-88 [6,7].

 

Содержание глинистых, илистых и пылевидных частиц в исходном сырье составляет менее 1%. Содержание лещадных и игловатых зерен по результатам дробления не превышает установленный стандартом предел для I группы. Зёрна слабых, выветреных пород, а также глина в комках отсутствуют. Потери массы при испытаниях на дробимость составили менее 9%.

Марка щебня по дробимости всех фракций составляет М-1400, что соответствует группе щебня "высокопрочный".

Марка щебня по морозостойкости – Мрз 300.

Исследования песков-отсевов показали, что они могут использоваться в качестве мелкого заполнителя в бетонах после классификации  в гравитационных классификаторах.

По данным гамма-каротажа скважин и промера керна радиоактивность пород составила показатель менее установленной нормы (менее 370Бк/кг), что позволяет использовать щебень для всех видов строительных работ без ограничений.

Приведенные данные лабораторных испытаний свидетельствуют о том, что намечаемый к производству кубовидный щебень из пород Арголевского месторождения строительного камня имеет высокие потребительские свойства, что является несомненным преимуществом при его реализации на  рынке сбыта.

К вышесказанному приведем необходимое примечание:

Для окончательного уточнения технологической схемы дробления и сортировки строительного камня необходимо провести полупромышленные испытания горных пород Арголевского месторождения на лещадность на действующем дробильно-сортировочном оборудовании. В том случае, если содержание в полученном щебне зёрен пластинчатой формы превысит 15%, в технологическую цепочку потребуется включить центробежно-ударную дробилку типа ДЦ-1,6 или «Титан Д125» и классификатор КГК гравитационного типа (для получения из отсевов песков фракций  2 + 0,63 мм, 5 + 2 мм и отходов 0,63 + 0 мм). Это позволит гарантированно получать высококачественный кубовидный щебень и пески, пригодные для использования в качестве заполнителей в асфальтобетонных смесях и тяжёлых бетонах.

 

3.4. Технология производства строительного щебня

В технологической цепочке производства щебня необходимо выделить два этапа:

• добыча исходного сырья (строительного камня);
• дробление и сортировка по фракциям сырья для производства щебня.

Добыча строительного камня относится к открытым горным работам, которые включают в себя следующие этапы.

      1.  Горно-капитальная  вскрыша месторождения.

2. Подготовка исходного сырья (строительного камня) к выемке, т.е. буро-взрывные работы.
3. Погрузка взорванной массы с помощью экскаватора в технологический автотранспорт и транспортировка на дробильно-сортировочный комплекс.

.           Производство щебня включает в себя следующие этапы.

1. Дробление и сортировка строительного камня по фракциям.
2. Отгрузка готовой продукции (щебня) потребителям.

Горные работы будут производиться согласно проекту разработки Арголевского месторождения строительного камня и годовым планам ведения гор горных работ, согласованным со всеми контролирующими и надзорными органами.  Добыча полезного ископаемого будет производиться с привлечением подрядных организаций, в частности - для производства буровзрывных работ. По результатам предварительных переговоров буровзрывные работы будут выполняться ООО «СтройПромВзрывСервис».

Добытая в карьере скальная порода с максимальными размерами куска до 1000 мм поступает на вновь проектируемый дробильно-сортировочный комплекс.

 Предварительно предлагается  следующая технология переработки  строительного камня.

1. Исходный материал из кузова автосамосвала загружается в бункер – накопитель.
2. С помощью пластинчатого питателя исходная горная масса подаётся в щековую дробилку для предварительного измельчения.
3. Промежуточный продукт дробления из щековой дробилки с помощью ленточного конвейера подаётся на трёхситный грохот (первое грохочение), где разделяется на 4 фракции и далее по ленточным конвейерам поступает на склад отсева 5 + 0 мм, склад готовой продукции фракции 70 + 40 мм. Щебень фракции 40 + 5 мм подаётся в центробежно-ударную дробилку и далее в узел грохочения (сортировки) №2 для дальнейшего разделения на фракции. Отсевы фракции 5 + 0 мм поступают в гравитационный классификатор.
4. Промежуточный продукт с верхнего сита грохота поступает через промежуточный бункер в конусную дробилку, где после додрабливания возвращается в узел грохочения №1. Таким образом, технологический процесс производства щебня предусматривает двухстадиальное дробление исходного материала с замкнутым циклом на 2-й стадии.
5. Товарная продукция поступает по системе ленточных конвейеров в накопительные бункеры, расположенные над железнодорожными путями и частично на склады конусного типа для последующей отгрузки в автотранспорт потребителей.
6. Уловленная аспирационными системами каменная пыль специальным автотранспортом перевозится в место, согласованное с районными органами санэпиднадзора и экологической службы.

Дробильно-сортировочный комплекс фирмы METSO MINERALS обеспечивает выпуск готовой продукции широкой номенклатуры. Основным видом продукции является кубовидный щебень фракций 5-10 и 10-20 мм. Качество щебня должно удовлетворять требованиям ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных пород для строительных работ».

В технологической схеме принято, что щебень фракции 40-70 мм, получаемый после вторичного дробления, и щебень фракций 5-20 и 20-40 мм после третьей стадии дробления по форме зерен должны иметь первую группу (содержание зерен пластинчатой  лещадной и игловатой формы не более 15% по массе), по прочности - марку не ниже 1400, марку по износу – И1 и полное соответствие всем другим требованиям ГОСТ 8267-93.

При производстве щебня образуется попутная продукция в виде щебеночно-песчаной смеси, соответствующая по зерновому составу классу С2 ГОСТ 25607-94, и песка из отсевов дробления крупностью 0-5 мм кубовидного 1 класса (модуль крупности Мк2,5), соответствующего требованиям ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ».

Приведенная схема переработки исходного сырья предполагает получение кубовидного щебня необходимых будущим потребителям фракций и песчано-щебёночной смеси, соответствующих действующим стандартам. При этом должен быть обеспечен максимальный выход товарной продукции, востребованной на рынке строительных материалов [3].

Всё технологическое оборудование устанавливается на открытой площадке.

Технологические процессы переработки сырья полностью механизированы и автоматизированы, что также повышает стабильность выполнения технологического регламента производственных процессов и в конечном итоге обеспечивает постоянство качества выпускаемой продукции.

Следует отметить, что предлагаемая схема переработки сырья позволяет гибко изменять выход продукции по определенным фракциям путем изменения потоков при переработке, что дает возможность предприятию оперативно реагировать на изменение рыночной конъюнктуры. 

4. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ПЛАН

 

4.1. Краткая характеристика сырьевых источников

В качестве сырьевого источника планируется использовать Арголевское месторождение строительного камня, которое расположено на территории Аргаяшского района Челябинской области в 3 км от п. Новогорный. Общая площадь месторождения  составляет 21,6 кв.км.  На территории месторождения имеется 3 перспективных участка общей площадью 248,6 га. В настоящее время работы ведутся на участке №1 площадью 96 га.

По результатам  предварительных геологоразведочных работ запасы на данном участке составляют (до глубины 30 м) 29 млн. м3. Кроме того, имеется перспектива дальнейшего прироста запасов в объеме 20 млн. м3 в восточном направлении от участка №1.