Производственные предприятия

2.6Производственные предприятия.

*Классификация производственных предприятий:

Материально техническая база представляет собой систему производств предприятий и технологического транспорта. В состав производ предприятий входят предприятия по добычи и переработки каменных материалов, камнедробильных и обогатительные заводы. Битумные и эмульсионные заводы по приготовлению цемента и а/б смеси. ЦБЗ АБЗ. Заводы по изготовлению ненапряженных и предварительно напряженных сборных железобетонных изделий и конструкций. Складское хозяйство. По мимо производственных предприятий организуют парки дорожно строительных и транспортных машин. А так же ремонтные базы. В зависимости от вида выпускаемой продукции предприятия делятся: специализированные, производят один вид продукции. Комбинированные производят различные виды продукции на однородном сырье. Целесообразность тех или иных предприятий определяются в зависимости от местных условий на основе техникоэкономического расчета и сравнения вариантов. Условием определяющим целесообразность размещения производственных предприятий являются планы строительств а/д в данном районе, возможность получения необходимых материалов, изделий и конструкций с действующих предприятий(схема завоза материалов). Величина транспортных затрат определяется по расстоянию транспортировки готовой продукции. Особенности развития и размещения предприятий является максимальное приближение их к районам потребления, а так же источникам сырья. При выборе площадки размещения производственных предприятий учитывать географические и гидрогеологическое условия районов. Существующая транспортная сеть, обеспеченность района эл энергией, водой, а так же имеющийся жилищный и культурно бытовой отдых.

Производственные предприятия - это комплекс сооружений, машин и оборудования, которые обеспечивают добычу необходимых для дорожного строительства материалов, изготовление полуфабрикатов, изделий и деталей.

В условиях скоростного строительства автомобильных дорог требуется принять и переработать 500...700 тыс. т в год различных строительных материалов, что в среднем составляет 60...100 вагонов в сутки. Наибольшую сложность представляет разгрузка и хранение цемента, минерального порошка, битума. Классификация производственных предприятий показана на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Классификация производственных предприятий дорожного хозяйства

по характеру эксплуатации в зависимости от размещения и средств доставки материалов предприятия могут быть.

- прирельсовые;

-притрассовые.

Прирельсовые предприятия сооружают непосредственно у железнодорожной ветки. В этом случае вся или большая часть материала поступает по железной дороге.

Притрассовые заводы сооружают в непосредственной близости от строящейся автомобильной дороги и все необходимые материалы на предприятие доставляют автомобильным транспортом с прирельсовых базисных складов или из притрассовых карьеров.

Предприятия для приготовления смесей разделяют на стационарные, инвентарные и передвижные. Стационарные размещают в капитальных сооружениях, и срок эксплуатации их на одном месте более 2-х лет.

Инвентарные заводы (базы) комплектуются из строительных конструкций, машин и оборудования сборно-разборного типа.

Передвижные предприятия организуют для приготовления смесей вблизи мест укладки. Они предназначены для кратковременного использования от 1 месяца до 1 года на одном месте.

При выборе места расположения производственного предприятия учитывают:

- возможность получения исходных материалов;

- величину транспортных затрат;

- техническую обусловленность, ограничивающую дальность транспортирования, например, асфальтобетонной смеси.

При выборе площадки для строительства производственного предприятия учитывают:

- географические и гидрологические условия;

- существующую транспортную сеть;

- обеспеченность района электроэнергией, водой, жилплощадью, культурно-бытовыми помещениями;

- противопожарные и санитарно-технические условия. Оптимальный вариант размещения производственного

предприятия выбирают по минимуму приведенных затрат на производство и транспортирование продукции при одинаковом ее качестве по формуле

ЗП = Сс + Стс + Спер + Ст.гот + Ен·Куд, (7.1)

где Сс - затраты на приобретение сырья;

Стс - затраты на транспортирование сырья от места производства до перерабатывающего предприятия;

Спер - затраты предприятия на переработку сырья в готовую продукцию;

Ст.гот - затраты на транспортирование готовой продукции с предприятия потребителю;

Ен - нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений (Ен = 0,12);

Куд - удельные капиталовложения на строительство предприятия, Куд = Ф/ Qг;

Ф - стоимость основных промышленно-производственных фондов, руб;

Qг - годовая производственная мощность предприятия.

К дополнительным показателям, учитывающим специфические особенности производства, относят среднегодовые показатели расходов электроэнергии, сжатого воздуха, пара, воды и других затрат на единицу продукции.

Среднегодовой расход электроэнергии при изготовлении единицы продукции

N эг = S N г / Q г , (7.2)

где SNг - годовая потребность предприятия в электроэнергии, кВт·ч.

В определенных случаях определяют годовую выработку продукции на одного работающего, трудоемкость изготовления единицы продукции.

Годовая выработка продукции на одного работающего

Вр = Q г / Рср.г , (7.3)

где Рср.г - среднегодовая численность работающих.

Показатель трудоемкости изготовления единицу продукции в значительной мере отражает уровень механизации, автоматизации и организации производства на данном предприятии.

Задача оптимального размещения производственных предприятий дорожного строительства по отношению к строящейся автомобильной дороге или к узлу дорог с учетом максимального их приближения к источникам сырья и потребителям и полного использования установленных производственных мощностей может быть решена методом линейного программирования с применением ЭВМ. Важнейшим этапом работы в этом случае является построение математической модели, которая может иметь несколько разновидностей.

*Классификация месторождений:

Изыскания месторождений песка, гравия, камня разделяют натри стадии:

- рекогносцировка;

- поиск;

- разведка.

Рекогносцировкой устанавливают район поиска. Отчет по рекогносцировке содержит описание месторождения, глазомерный план или карту и служит только для планирования строительства.

При поиске устанавливают:

- ориентировочные запасы;

- ценность и пригодность материалов для строительства автомобильных дорог.

Для поисковых работ используют топографическую карту крупного масштаба, геологические и геолого-литологические карты. При поисках делают выработки легкого типа (расчистки - неглубокие канавы).

Разведку проводят по утвержденному проекту. При разведке пользуются контрольными шурфами, скважинами. При бурении скважин вырезают керны. Все шурфы и скважины записывают в журнал определенной формы, где указывают пройденные породы, мощность слоев. На плане, выполненном в масштабе 1:2000, наносят все скважины, шурфы и естественные обнажения. По их данным составляют геологические разрезы. По разрезам судят о том, как залегает ископаемое, откуда и до какой глубины следует разрабатывать месторождение.

По степени разведанности месторождений, изученности качества полезного ископаемого различают запасы трех категорий А, В, С с подразделением третьей категории на С1 и С2.

К категории А относят месторождения, запасы, качество и условия залегания которых полностью изучены и оконтурены буровыми скважинами или горными выработками. Такие сведения позволяют запроектировать и построить на базе разведанного месторождения предприятие соответствующей мощности.

К категории В относят месторождения, запасы которых изучены без точного отображения пространственного положения каждого пласта.

К категории С, относят месторождения, запасы которых определены на основании редкой сетки бурения, примыкающие к контурам запасов А и В. Качество и состав материала, условия разработки месторождения в этом случае изучены на основе отдельных проб и образцов.

К категории С2 относят месторождения, предварительно оцененные на основе отдельных проб и образцов.

Месторождения камня, гравия и песка, которые предполагают разрабатывать, должны удовлетворять определенным условиям:

- разведанные запасы, подлежащие разработке, должны быть не ближе 400...600 м от любых жилых зданий, дорог, газопроводов;

- полезная толща не должна содержать линз и прослоек некачественных материалов;

- предельное отношение толщи вскрыши к мощности полезного ископаемого не должно превышать 1:1 при разработке песчано-гравийных смесей и 1:1,5 - камня.

Для использования месторождения создают производственное предприятие - карьер. Карьеры бывают промышленными и строительными.

Промышленные карьеры - постоянно действующие, капитально оборудованные предприятия, часто автоматизированные. Они снабжают дорожные стройки в радиусе 1000...1500 км. Промышленные карьеры, как правило, не подчинены дорожным хозяйствам.

Строительные карьеры - предприятия временного типа.

Срок эксплуатации составляет 1...3 года. Сооружения на таких карьерах временного типа, сборно-разборные и передвижные. Строительные карьеры могут быть притрассовые и базисные. Базисные создают на мощных притрассовых месторождениях, удаленных от трассы. После окончания строительства эти карьеры часто используют для нужд эксплуатации дорог.

До разработки карьера должны быть подготовлены: горноотводные документы, разрешение на право производства горных и буровых работ, на хранение взрывчатых материалов, план горных работ с пояснительной запиской.

Технологический процесс разработки месторождения состоит из следующих работ: подготовительных, вскрышных, добычных, транспортных и погрузочно-разгрузочных.

К подготовительным работам относят: очистку площади месторождения от леса, пней, кустарника, валунов, устройство откаточной (выездной) и разрезной траншей, зачистку уступов, обеспечение отвода поверхностных вод.

Вскрышные работы ведут открытым способом, применяя различную технологию, машины и механизмы.

Важнейшим показателем эффективности открытых горных разработок является соотношение извлекаемых объемов пустой породы и полезного ископаемого. Отношение объема пустой породы к объему полезного ископаемого называют коэффициентом вскрыши

Кср = V в / V п , (7.1.1)

где Vв - объем вскрышных работ;

Vп - объем полезного ископаемого.

При разработке месторождений, расположенных в холмистой местности, снятие вскрыши производят сверху вниз. Разработку глубинных месторождений начинают с проходки въездной и разрезной траншей. Места под отвалы пустых отвалов выбирают там, где впоследствии не будут разрабатывать полезные ископаемые (овраги, пониженные места местности).

Основными процессами при разработке месторождений являются добыча породы и транспортирование ее на камнедробильные заводы. Извлечение полезного ископаемого производят слоями. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов. Каждый уступ (рис. 7.1.1) характеризуется высотной отметкой горизонта расположения на нем транспортных путей.

Рис. 7.1.1. Элементы горной выработки:

1 - верхняя и нижняя площадки; 2 - откос уступа; 3 - бровка вскрыши уступа; 4 - вскрыша; 5 - развал взорванной породы; 6 - экскаватор с прямой лопатой; a - угол откоса уступа; b - угол откоса вскрыши; Ну - высота уступа; h - высота подуступа

Поверхности, ограничивающие уступ по высоте, называют нижней и верхними площадками. Наклонную плоскость, ограничивающую уступ со стороны выработанного пространства, называют откосом уступа, а угол наклона уступа к горизонтальной плоскости - углом откоса уступа. Линии пересечения уступа с нижней и верхней площадками называют нижней и верхними бровками.

Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах производят выемку горных пород, поэтому нижнюю площадку этого уступа называют рабочей. Здесь располагают выемочно-погрузочные машины и транспортные пути, необходимые для удаления полезного ископаемого.

Подготовленную для разработки часть уступа по длине называют фронтом работ уступа, поверхность горных пород в пределах уступа или развала, являющуюся объектом выемки, - забоем. Для планомерной добычи породы и рационального использования строительных и транспортных машин месторождение разрабатывают слоями. Толщина и возможное число слоев зависят от мощности залежи и пустой породы, от параметров выемочно-погрузочного оборудования. Выемку слоев ведут последовательно сверху вниз независимо от направления напластования горных пород.

Залежи толщиной менее 2...3 м разрабатывают одним уступом. Наклоненные и крутопадающие залежи мощностью 20...40 м - в несколько уступов, причем нарезка нового уступа связана с полной выемкой полезного ископаемого на вышележащем горизонте.

7.1.1. Буровзрывные работы

Буровзрывные работы являются одним из труднейших процессов технологии добычи камня. Затраты на их проведение составляют 20...30 % себестоимости щебня. Поэтому особую важность при эксплуатации месторождений приобретает применение наиболее эффективных способов бурения и взрывания.

Бурение шпуров и скважин производят выше или ниже подошвы уступа. Длина недобура зависит от физико-механических свойств взрываемой породы, диаметра заряда, мощности взрывчатого вещества (ВВ) и составляет lн = (3...12) dзар ( dзар - диаметр заряда). Недобур допускается в легко разрушаемых мягких породах, при наличии мягких рыхлых пород под разрушаемым твердым пластом.

Перебур - часть скважины или шпура, пробуренная ниже подошвы уступа. Перебур служит для усиления действия взрыва в нижней части скважины, обеспечивая ровный отрыв породы от подошв уступа. Величина перебура может составлять от 9 до 15 диаметров заряда в зависимости от крепости породы.

Метод шпуровых зарядов (рис. 7.1.2) применяют при небольшом объеме взрывных работ и там, где неприемлемы другие методы. При этом методе достигается хорошее дробление породы, однако он наиболее трудоемок и менее безопасен.

Рис. 7.1.2. Шпуровые зарядные устройства

Для бурения шпуров используются перфораторы

Технологические процессы переработки камня

Для получения нужной продукции полезные ископаемые подвергают переработке на дробильно-сортировочных заводах.

Переработка состоит из дробления, сортировки, промывки и обогащения щебня, гравия, песка.

Дробление и измельчение - уменьшение размера кусков горной массы путем механического разрушения. Принято считать, что при дроблении получают продукты преимущественно крупные, а при измельчении менее 0,5 мм. Для дробления используют дробилки, а для измельчения мельницы.

Сортировка (грохочение) - разделение продуктов переработки по крупности на грохотах.

Промывку щебня и гравия осуществляют с целью удаления комковой глины, пылеватых и глинистых частиц. Промывку можно производить на грохотах или в машинах-мойках.

Классификацию и обогащение песков применяют до доведения зернового состава до требований государственных стандартов. Эти операции выполняются в гидроклассификаторах и обогатительных аппаратах (гидроциклонах).

Обогащение щебня и гравия по прочности осуществляют в осадочных машинах, механических классификаторах, установках для обогащения в тяжелых средах.

Обогащение щебня по форме зерен предназначено для получения щебня кубовидной формы. Эту операцию осуществляют избирательной сортировкой на щелевидных ситах, грануляцией щебня в роторных дробилках ударного действия и в барабанах грануляторах.

Для выбора технологической схемы переработки полезного ископаемого необходимо иметь следующие данные:

- характеристику исходной горной массы;

- прочностной и зерновой состав;

- ассортимент готовой продукции.

Способность горных пород противостоять разрушению зависит от прочности, наличия трещин в кусках, способов воздействия на них разрушающих усилий. Наибольшее сопротивление оказывают горные породы раздавливанию, меньшее - изгибу и особенно растяжению.

При выборе технологической схемы производства учитывают тип перерабатываемой горной породы (рис. 7.2.1).

I - однородные магматические горные породы с пределом прочности при сжатии 600 МПа и более, метаморфические (осадочные) породы с прочностью 60-250 МПа;

II - прочные однородные осадочные породы с пределом прочности при сжатии 60-200 МПа;

III - неоднородные малоабразивные породы с прочностью от 10 до 150 МПа с содержанием труднопромываемых включений.

Рис. 7.2.1. Технологическая схема дробления, сортировки, промывки

Количественной характеристикой процесса дробления служит степень дробления, показывающая, во сколько раз уменьшились куски материала при дроблении.

Со степенью дробления связаны расходы энергии и производительность дробилок.

Степень дробления

i = Д max / d max , (7.2.1)

где Дmax - наибольший диаметр куска до дробления;

d max - наибольший диаметр куска после дробления.

Для конкретных дробилок в технических паспортах приводится график выхода сортов щебня в зависимости от ширины выходной щели дробилки для условно принятой плотности горной породы.

Например, для получения размера щебня 20 мм при куске, подаваемом в дробилку, 600 мм i = 600/20 = 30. Это значит, что кусок надо раздробить на 30 частей.

Получение таких высоких степеней дробления в одной дробилке практически невозможно, поскольку каждая дробилка работает только при ограниченной степени дробления. Рационально материал от большего размера до требуемого дробить в нескольких последовательно расположенных дробилках (рис. 7.2.2).

Рис. 7.2.2. Трёхстадийная схема дробления:

1 - грохот; 2 - щёковая дробилка; 3 - конусная дробилка; 4 - валковая дробилка; I, II, III - стадии дробления

Степень дробления, получаемую в каждой стадии, называют частной, во всех стадиях - общей степенью дробления.

В материалах, поступающих на дробление, всегда имеются куски мельче того размера, до которого идет дробление в данной стадии. Такие куски выделяют из исходного материала исходя из принципа "не дроби ничего лишнего". Дробилки могут работать в открытом или замкнутом циклах. Раздробленный продукт поступает на грохот, выделяющий из него куски избыточного размера, которые возвращаются для повторного дробления в ту же или вторичную дробилку (рис. 7.2.2). В паспортах заводов - изготовителей приводят выработку дробилок для горной породы средней плотности 1600 кг/м3 и при условии, что размер наибольших кусков Дmax должен быть не более 0,8...0,9 от ширины загрузочного отверстия дробилки. При проектировании КДЗ и выборе дробилок их выработку принимают с учетом физико-механических свойств горной породы. Расчетную производительность щековых дробилок ориентировочно определяют по формуле

П = Пп·Кд·К g · K ф · K кр ,

где Пп - паспортная выработка, т/ч;

Кд - коэффициент дробимости породы (для твердых пород с временным сопротивлением на сжатие sсжат = 150...250 МПа - 0,9; для средне- и легкодробимых пород sсжат = 50...150 МПа - 1,1-1,2);

К g - коэффициент, учитывающий насыпную плотность дробимого материала (К g = g/ gп, g - насыпная плотность дробимого материала; gп - насыпная плотность, соответствующая паспортным данным);

Кф - коэффициент, учитывающий форму камня Кф = г/1,6 (или 1,0 при дроблении рваного камня; 0,85 - при дроблении гравийно-валунной массы);

Ккр - коэффициент, учитывающий крупность дробимого материала.

Крупность дробимого материала Ккр

0,85 ширина зева дробилки 1,00

0,60 ширина зева дробилки 1,07

0,40 ширина зева дробилки 1,16

0,30 ширина зева дробилки 1,23

Кроме расчетной, также можно пользоваться паспортной производительностью, которую обычно указывают при минимальной и максимальной ширине разгрузочной щели.

Ширину разгрузочной щели дробилки, при которой будет достигнута заданная производительность, определяют по формуле

где d min - минимальная ширина разгрузочной щели, мм;

П min - производительность дробилки при d min, м3/ч;

d max - максимальная ширина разгрузочной щели, мм;

П max - производительность дробилки при d max, м3/ч.

Изменение ширины разгрузочной щели влияет на производительность дробилки и степень измельчения материала. С увеличением ширины производительность повышается, а степень измельчения уменьшается и снижается выход мелких фракций.

Примерный выход щебня по фракциям после дробления в зависимости от ширины разгрузочной щели дробилки можно определить по кривым дробления (рис. 7.2.3).

Рис. 7.2.3. Кривые дробления

а - щековой 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

Данные графиков уточняют по результатам эксплуатации дробилок той или иной конструкции, их типоразмеров с учетом свойств дробимого камня. При определении максимальной крупности материала по кривым следует помнить, что под условной максимальной крупностью в дробленом продукте принято считать размер отверстий сита, через которое проходит 95 % материала.

Для наглядного представления о технологическом процессе работы дробильных заводов разрабатывают количественно-качественную схему дробления (рис. 7.2.4).

Рис. 7.2.4. Количественно-качественная схема дробления

Количественная схема показывает, в каком количестве и в какой последовательности поступающий на завод материал перерабатывают и как он проходит отдельные операции технологического процесса. Количественную схему можно составить, исходя из тоннажа или объема перерабатываемого материала. В этом случае надо учесть, что объем материала, получаемого в результате дробления и сортировки, будет превышать объем исходного материала. Увеличение объема определяется коэффициентом увеличения объема, равным 1,1...1,25. Количественная схема показывает количество перерабатываемого материала (объем, масса, процент) на отдельных участках процесса.

Качественная схема содержит данные о размерах фракции, качестве материала и режиме переработки на отдельных участках процесса. Схема цепи аппаратов показывает путь следования материала в процессе переработки и данные об аппаратах, выполняющих отдельные операции. На практике наибольшее распространение получило двухстадийное дробление.

7.2.2. Механизация технологических процессов переработки камня

Машины для дробления и измельчения по технико-конструктивным признакам и основному методу дробления, осуществляемого в них, подразделяют на пять классов: дробилки щековые, конусные, валковые, ударно-молотковые роторные, барабанные мельницы (рис. 7.2.5).

Рис. 7.2.5. Классификация дробильно-размольного оборудования:

а) щековая дробилка; б) конусная дробилка, в) валковая дробилка; г) молотковая дробилка; д) шаровая (стержневая) мельница: 1 - подвижная плита; 2 - неподвижная плита; 3 - подвижный конус; 4 - неподвижный конус; 5,6 - валки; 7 - молотки; 8 - ротор; 9 - металлические шары (стержни); 10 - вращающийся барабан

В щековых дробилках дробление камня производится раздавливанием, а в некоторых конструкциях частично и истиранием между дробящими плитами, подвижной и неподвижной щек.

Эффективность дробящих машин оценивают расходом энергии на дробление и выражают в тоннах дробленого продукта на 1 кВт/ч израсходованной энергии. Удельный расход энергии

Зуд = Q / E , (7.2.4)

где Q - производительность дробильной машины;

Е - энергия, затраченная на дробление, кВт·ч.

Щековые дробилки служат для измельчения пород средней и большой твердости и в зависимости от размеров приемного отверстия (160 ´250...2100 ´2500 мм) применяются как на первой, так и на последующих стадиях дробления. Производительность их при дроблении пород средней твердости достигает 300 м3/ч.

Конусные дробилки служат для измельчения каменных материалов средней и большой твердости и предназначены для крупного и мелкого дробления. Процесс дробления в них в отличии от щековых дробилок происходит непрерывно. Отечественные дробилки имеют ширину загрузочного кольцевого отверстия 300...1500 мм и нижний диаметр внутреннего дробящего конуса 600...2100 мм. Максимальная крупность загружаемых в дробилку камней не должна превышать 75...80 % ширины загрузочного отверстия.

Валковые дробилки служат для измельчения мягких пород, а также для вторичного дробления каменных материалов средней и большой твердости. Производительность их колеблется от 8... 10 до 80... 100 м3/ч. Отечественная промышленность выпускает валковые дробилки с гладкими и рифлеными валками диаметром 400...1500 мм и длиной, составляющей 40...100 % их диаметра.

В молотковых дробилках камень измельчается силой ударов, наносимых молотками. Они служат для дробления известняков и хрупких каменных материалов с прочностью на сжатие до 150 МПа. Производительность их колеблется от 40 до 400 м3/ч. Дробилки изготавливают с загрузочным отверстием шириной до 1400 мм, что позволяет загружать камни крупностью до 1100 мм.

Технические характеристики дробилок и агрегатов дробильно-сортировочных установок (ДСУ) приведенные в табл. 7.2.1 и 7.2.2

*Элементы карьеров: нижняя площадка, бровка уступа, площадка под уступом, пустая порода, верхняя площадка, кровля, верхняя и нижняя бровка, откос уступа, развал горной породы, рабочий горизонт, углы откоса уступа и скрышного слоя.