Optymalizacja układów wydobywczych z wykorzystaniem mobilnych urządzeń przeróbczych

Optymalizacja układów wydobywczych górnictwa kruszywowego dotyczy nie tylko doboru podstawowych maszyn i urządzeń technologicznych, projektowanych i dobieranych na etapie planowania przedsięwzięcia inwestycyjnego, ale również modyfikacji dokonywanych wraz z rozwojem eksploatacji górniczej. Stąd w dynamicznie zmieniającej się rzeczywistości, istotne jest zapewnienie cechy elastyczności układu technologicznego i umożliwienie dokonywania zmian przestrzennej lokalizacji poszczególnych modułów operacyjnych, sposobu ich powiązań, a także rozwinięcia czy też uproszczenia systemu wydobywczo-produkcyjnego. Z wykorzystaniem urządzeń kruszących typu lokotrack (LT) można konstruować różne warianty systemów wydobywczych. Najbardziej mobilnym układem, jest system K-LT-Ł-S (koparka-lokotrack-ładowarka-samochód) lub K-LT-LL (koparka-lokotrack-lokolink). Jednak mobilność lokotracka nie zawsze może być skutecznie wykorzystana, wówczas wskazane jest zastosowanie rozwiązań pośrednich – przestawnych węzłów kruszących (WLT) w połączeniu z transportem samochodowym i przenośnikowym. Modelowanie systemów wydobywczo-produkcyjnych jest ważnym zadaniem inżynierskim i z pewnością wymaga indywidualnego podejścia. Podstawowymi kryteriami optymalizacji układów wydobywczych są koszty jednostkowe wydobycia, wydajność eksploatacyjna, wymagania jakościowe oraz zagrożenia środowiskowe. Czynnikami determinującymi analizę systemów są: stan rozwoju wyrobiska, głębokość, liczba poziomów, odległości transportowe, długości i liczba frontów, częstotliwość strzelań urabiających, rodzaj skały, warunki złożowe, stosowana technologia oraz uwarunkowania środowiskowe. Poniżej zaprezentowano przykład rozwoju układu wydobywczo-produkcyjnego w Kopalni Granitu Wieśnica opartego od samego początku na mobilnym zestawie kruszącym. 

Rozwój systemów produkcyjnych w Kopalni Granitu Wieśnica

Kopalnia Wieśnica została nabyta w 2006 roku przez grupę BERGER z zamiarem realizacji strategicznych inwestycji surowcowych na obszarze Polski. Sposób realizacji przedsięwzięć inwestycyjnych determinowały przede wszystkim czynniki środowiskowe – bliskość obiektów zabudowań wsi Goczałków (zlokalizowanych niespełna 200 m od granicy terenów kopalni) oraz ograniczona powierzchnia pod działalność górniczą i produkcyjną (ca 8 ha). W takich warunkach z góry należało założyć, że część procesu produkcyjnego, powinna być realizowana w wyrobisku wydobywczym, z wykorzystaniem mobilnego zestawu kruszącego.
Kopalnia w 2007 roku została wyposażona w lokotrack z kruszarką LT140, planowaną jednocześnie jako docelowe urządzenie technologiczne realizujące funkcję wstępnego kruszenia. Na etapie przygotowania wyrobiska eksploatacyjnego, zestaw mobilny LT140 wykorzystywany był głównie do produkcji mieszanek mineralnych oraz częściowo grysów w mobilnym zestawie przeróbczym. Funkcjonujący wówczas system produkcyjny można oznaczyć symbolem: K-LT-Ł-S (koparka-lokotrack-ładowarka-samochód).  Kolejny ważny etap rozwoju kopalni to uruchomienie (w 2010 roku) nowoczesnego stacjonarnego zakładu przeróbczego do produkcji kruszyw wysokiego stopnia przerobu, pełnej palety asortymentowej, zasilanego ze stożka terenowego półproduktem 0-300 mm dowożonym wozidłami technologicznymi z wyrobiska. Lokotrack LT140 przejął rolę mobilnej kruszarni wstępnej w systemie wydobywczo-produkcyjny: K-LT-Ł-S-ZT_ZP (koparka-lokotrack-ładowarka-samochodód-zasobnik terenowy _ stacjonarny zakład przeróbczy). Po uruchomieniu stacjonarnego zakładu przeróbczego nastąpiła intensyfi kacja rozwoju eksploatacji górniczej, a roczne wydobycie wzrosło do poziom ca 1 mln ton. W 2014 r. wyrobisko osiągnęło docelowe granice eksploatacji w zasięgu poziomym i uzyskało głębokość 37 m, przy czynnych dwóch wgłębnych piętrach wydobywczych (II i III). Planowany dalszy postęp eksploatacji to udostępnieniu kolejnych trzech poziomów, a maksymalna głębokość transportowa wyrobiska będzie wynosiła około 75 m. Rozwój przestrzenny wyrobiska, specyfi czne warunki geologiczno-górnicze (trudna szczelinowatość, syngenetyczna podzielność, zmienność jakości kopaliny) oraz środowiskowe (wpływające na ograniczenia ładunku MW, skracanie frontów eksploatacyjnych i wzrost częstotliwości strzelań) spowodowały, że efektywność układu wydobywczego w systemie mobilnym K-LT-Ł-S-ZT okazała się niezadawalająca. W takich warunkach dokonano kolejnej modyfi kacji układu wydobywczego, polegającej na wprowadzeniu przestawnego węzła zasypowego z kruszarnią LT140 oraz transportu przenośnikowego w wyrobisku eksploatacyjnym. System ten można oznaczyć symbolem: K-S-WLT-PT_ZT_ZP (koparka-samochód-węzeł zasypowy z LT140-przenośniki taśmowe-zasobnik terenowy _ stacjonarny zakład przeróbczy).

Modyfikacja układu wydobywczego w kopalni Wieśnica

Rozwój wyrobiska eksploatacyjnego, również w zasięgu pionowym, spowodował istotny wzrost długości dróg transportowych (do 500 m) i pokonywanych różnic wysokości w wyrobisku wgłębnym (do 37 m). Po uruchomienie kolejnego III poziomu wgłębnego nastąpił wzrost kosztów operacyjnych o około 40%, co związane było z intensyfikacją pracy sprzętu i wzrostem zużycia paliwa. Obniżała się również wydajność eksploatacyjna zestawu kruszącego, jako wynik zwiększenia udziału przerw operacyjnych na przemieszczanie lokotracka i interwencje techniczne udrażniania kruszarki. Układ wydobywczy wymagał uzupełnienia w dodatkowe jednostki sprzętowe – załadowcze i transportujące urobek. W takich warunkach należało podjąć decyzję o sposobie modyfi kacji układu wydobywczego. Na podstawie przeprowadzonej analizy techniczno-ekonomicznej określono, że optymalnym rozwiązaniem będzie ograniczenie mobilności lokotracka LT140 poprzez wprowadzenie do wyrobiska przestawnego węzła zasypowego w powiązaniu z transportem przenośnikowym. Nowy zmodyfi kowany układ wydobywczy przedstawia fotografi a panoramy wyrobiska. Aktualnie kosz zasypowy na konstrukcji stalowej został posadowiony na III poziomie, a urobek wozidłami technologicznymi, ze wszystkich frontów eksploatacyjnych, dowożony jest na poziom II, średnia odległość dla transportu samochodowego skróciła się z 500 m do 300 m. Produkty kruszenia z lokotracku LT140 wyprowadzane są w dwóch kierunkach: frakcja 0-40 mm przenośnikiem hałdującym zakrężnym (PT-650/30) składowana jest na poziomie wyrobiska, natomiast półprodukt 0-300 mm kierowany jest zespołem trzech przenośników (łączącym PT-1200/10, trasowym PT-1200/170 oraz hałdującym PT-1200/68) na stożek zasobnika półproduktu do dalszego przerobu w stacjonarnym zakładzie przeróbczym. Wszystkie przenośniki zainstalowane w wyrobisku są typu przestawnego i zostały wyposażone w osłony BHP oraz zespół awaryjnego wyłącznia napędu (ZAW). Zasilanie zasobnika terenowego przenośnikiem hałdującym z wysokości 20 m korzystnie wpłynęło na jego pojemność czynną i usprawniło zasilanie kruszarki HP400, decydującej o zdolności produkcyjnej stacjonarnego zakładu przeróbczego. Wyeliminowano dodatkowe angażowanie ładowarki przy pracach formowania pryzmy zbiornika, co było wymagane w systemie transportu samochodowego. Istotne jest, że zastosowanie instalacji typu przestawnego, daje możliwość zmiany lokalizacji węzła zasypowego i przenośników taśmowych wraz z rozwojem wyrobiska. Aktualna lokalizacja uwzględnia również aspekty środowiskowe, ochrony zabudowy mieszkalnej przed emisją pyłu i hałasu.

Fot. T. Wojtaszek

Cały artykuł w magazynie "Surowce i Maszyny Budowlane" 6/2015.