Использование средств гидромеханизации для переработки отходов отстойников Талнахской обогатительной фабрики горно-металлургического комбината “Норникель” сопряжено с тяжелейшими условиями работ, вызванных суровыми климатическими условиями Заполярья, физико-химическими характеристиками самих отходов а также агрессивной водной средой, в которых они формируются. Работающие в данном регионе более 50 типов различных земснарядов не соответствуют требования для работы в этих условиях. Поэтому очень остро стоит задача по разработке и внедрению новых земснарядов, максимально приспособленных для круглогодичной работы в Заполярье в условиях агрессивных сред.
Норильск — расположен на севере Красноярского края к югу от Таймырского полуострова, примерно в 90 км к востоку от Енисея и в 1500 км севернее Красноярска, в 300 км к северу от Северного полярного круга и в 2400 км от Северного полюса. Это — самый северный город мира и один из наиболее холодных городов, существенно более холодный, чем Мурманск, находящийся почти на той же широте. Средняя температура января здесь – около 44℃. Период с отрицательной температурой длится около 240 дней в году, при этом отмечается более 50 дней с метелями, входит в пятерку самых ветренных населенных пунктов планеты.
Климатическая зима длится с начала октября до конца мая. Снежный покров сохраняется от 7 до 9 месяцев в году. Лето — короткое, прохладное. Среднегодовая температура воздуха равна −9,6 °C, годовой ход абсолютных температур — 85 °C. Среднегодовая относительная влажность воздуха — около 76 %. Полярный день в Норильске длится с 20 мая по 24 июля, полярная ночь — с 30 ноября по 13 января.
В Норильске добывают медно-никелевые руды, здесь ведётся добыча цветных металлов: меди, никеля, кобальта; драгоценных металлов: палладия осмия, платины, золота, серебра, иридия, родия, рутения; попутная продукция: техническая сера, металлический селен, теллур, серная кислота. Градообразующее предприятие Горно-металлургический комбинат “Норникель”. Медный завод перерабатывает весь объём медных концентратов с Норильской и Талнахской обогатительных фабрик. Сюда же приходят медные аноды с Надеждинского завода. Здесь концентраты и аноды перерабатывают в чистый металл.
Талнаханская обогатительная фабрика (ТОФ) является составным звеном в процессе переработки и обогащения медно-никелевых руд, составной частью которой является цех гидротехнических сооружений и технологического гидротранспорта, участок складирования металлсодержащих материалов и оборотного водоснабжения.
В техническом отстойнике ТОФ (пруде – накопителе) складируются отходы обогатительной фабрики, которые в процессе отстоя и продолжающихся химических процессов спекаются и представляют достаточно сложные грунты для вторичной разработки способом гидромеханизации с целью их повторного возврата в технологический процесс.
В настоящее время на отстойнике работает большое количество разнообразных типов землесосных снарядов (рис.2) в той или иной степени удовлетворяющих условиям работы, но машины максимально удовлетворяющих погодным и технологическим условиям нет.
Разнообразие
землесосных снарядов, работающих в настоящее время
Для круглогодичной постоянной работы возникла необходимость в изготовлении землесосного снаряда, который будет эксплуатироваться в условиях большого перепада температур окружающей среды от -50 до +40°С, с максимальной силой ветра до 35 м/сек., в химически агрессивной кислой атмосфере, при высокой влажности и концентрации мелкодисперсной пыли и испарений, способствующих интенсивной коррозии металла.
Совместно со специалистами ТОФ в эту работу включились специалисты ООО «Гамбит» г.Королёв Московской обл. и ООО «Техразвитие» г.Александров Владимирской обл. имеющие достаточный опыт в изготовлении как стандартного гидромеханизированного оборудования, так и в вопросах решения нестандартных задач высокой технологической сложности.
В результате совместной работы была утверждена конструкция землесосного снаряда (земснаряд), которая должна обеспечить эффективную работу землесосного снаряда с обеспечением максимальной живучести используемого оборудования в условиях агрессивной среды и приобрела следующие конструктивные и технологические требования.
Земснаряд электрический марки G-MODUL®: земснаряд несамоходный, с электрическим приводом насоса, блочный, сборно-разборный (изготовитель ООО “Техразвитие”)
Земснаряд электрический марки G-MODUL® для условий Заполярья
1- рубка управления; 2- грузоподъемное устройство; 3 – центральный понтон (машинный зал; 4 – сваи прикольные); боковой понтон; 7 – грунтозаборная рама с фрезерным рыхлителем и у гидроразмывом; 8 — портал; 9 – рама лебедок (рамоподъемная и папильонажные)
Земснаряд “G-MODUL®” 400/4 соответствует требованиям: “Общие технические условий на изделия машиностроения”, “Правила устройства электроустановок”, “Санитарные правила для судов внутреннего плавания”, “Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом” и представляет собой изделие, корпус
которого состоит из плавучих понтонов, устойчивых к агрессивной среде и несущих на себе установленное технологическое оборудование: грунтозаборное устройство, грузоподъемные механизмы, папильонажные лебедки и закольные сваи для перемещения, а также рубку управления (багерскую), в которой размещены органы дистанционного управления всеми механизмами. Рубка управления и все другие обитаемые зоны земснаряда имеют контуры утепления и оснащены системами обогрева и вентиляции и имеет следующие технические характеристики:
| Тип земснаряда | плавучий, блочный, сборно-разборный, несамоходный |
| Способ перемещения в забое | свайно-тросовый |
| Категория разрабатываемых грунтов | I — IV |
| Глубина разработки | до 8 метров |
| Напор | до 40 м.вод.ст. |
| Производительность по пульпе | до 400 м3/ час |
| Привод грунтового насоса | электрический |
| Основной тип рыхлителя | Фрезерный с электрическим приводом |
| Дополнительный рыхлитель | Эжекторный (гидроразмыв) |
| Габаритные размеры земснаряда: | |
| — длина | 20033 мм |
| — ширина (с установленными понтонами) | 6316 мм |
| — высота (без учета закольных свай) | 5472 мм |
| Расчетная снаряженная масса земснаряда | 48771 кг |
Корпус земснаряда:
| Тип корпуса | Трюмный, сборно-разборный |
| Количество понтонов | 3 шт. (1 центральный и 2 боковых) |
| Тип соединения понтонов | болтовое, посредством фланцев вдоль судна |
Центральный понтон представляет собой модульный утепленный блок имеющий выход (вход) непосредственно в рубку управления для обеспечения условий работы при отрицательных температурах без выхода персонала наружу.
Модульный утепленный блок
(рубка управления и совмещенный машинный зал, исключающий необходимость выхода на улицу в условиях сильных морозов)
| Исполнение | трюмное |
| Назначение | установка основного оборудования |
| Габаритные размеры: | |
| — длина | 8233 мм |
| — ширина | 3120 мм |
| — высота | 2626 мм |
| Материалы: | |
| — каркас | Сталь 09Г2С |
| — обшивка, наружные элементы и защитные полозья на днище | Сталь 12Х18Н10Т |
| — обшивка надстройки | Сталь 3пс |
Боковые понтоны
| Количество | 2 шт. (правый и левый) |
| Габаритные размеры (без закольных свай ограждения и лестниц): | |
| — длина | 12086 мм |
| — ширина | 1600 мм |
| — высота | 1575 мм |
| Материалы: | |
| -каркас | Сталь 09Г2С |
| — обшивка, наружные элементы и защитные полозья на днище | Сталь 12Х18Н10Т |
| Форма носовой части | усеченный конус |
Рубка управления (багерская).
Рубка земснаряда утеплена, площадь 3 м2. В рубке предусмотрены три кресла (машинист земснаряда и два члена экипажа), кондиционирование воздуха до санитарных норм в летний период, система обогрева и поддержания нормального микроклимата в зимнее время.
Пульт управления землесоным снарядом
Рабочее место оператора оснащено рациями — 3 комплекта с зарядным устройством, эхолотом, монитором контроля параметров работы земснаряда (глубина разработки, производительность, температура, давление). Для наблюдения за оборудованием машинного зала предусмотрена система видеонаблюдения.
Рубка оснащена двумя дверями на вход и выход и прямым входом в машинный зал. Остеклена двойным стеклопакетом для спецтехники зимнего исполнения. Управление и обслуживание всеми агрегатами и механизмами осуществляется из рубки одним работником.
Электронасосный агрегат (землесос):
| Расположение | В трюме центрального понтона |
| Марка насоса | G-PUMP® 6/4в-06-М-СП-2 УХЛ2 |
| Тип | горизонтальный шламовый высоконапорный насос |
| Производительность по пульпе | 400 м3/час |
| Развиваемый напор | 40 м.вод.ст. |
| Оснащение | Устройство плавного пуска |
| Диаметр всасывающего патрубка | 152 мм |
| Диаметр напорного патрубка | 102 мм |
| Расположение | В трюме центрального понтона |
| Марка электродвигателя | АИР355М8 |
| Тип электродвигателя | Асинхронный, общепромышленный, с ЧП |
| Напряжение питания | 380 В |
Рама грунтозаборного устройства и фрезерный рыхлитель
| Расположение | На боковых понтонах, посредством шарнирных опор |
| Материал рамы | 12Х18Н10Т |
| Длина грунтозаборного устройства | 10900 мм |
| Оснащение | — фрезерный рыхлитель с электромеханическим приводом — эжекторная насадка для гидроразмыва |
| Фрезерный рыхлитель | |
| Длина валовой линии фрезы | 10820 мм |
| Диаметр фрезы | 800 мм |
| Длина фрезы | 700 мм |
| Привод фрезы | Мотор-редуктор |
| Тип редуктора | КА 127 23,91 62 55х1500 М10 |
| Напорный насос гидроразмыва | G-PUMP 3/2-33-М-СП-2 |
| Электродвигатель насоса | АИС225 М 2 |
| Расположение | В машинном зале центрального понтона |
Система гидроразмыва (гидравлического рыхления, совмещенная с системой фрезерного рыхления) грунта работает от центробежного насоса, установленного в машинном отделении, с забором воды из-за борта. Вода от насоса гидроразмыва поступает по трубопроводу на раме грунтозаборного устройства, из которого через сопла подается в лобовую часть забоя, разрушая и взвешивая грунт для последующего его всасывания трубой всасывающего пульпопровода грунтового насоса. Трубопровод гидроразмыва на раме соединен с машинным отделением гибким напорным пульпопроводом (рукавом).
Фрезерный рыхлитель со сменными режущими клыками, валовая линия, грунтозаборная рама
Принцип работы земснаряда
Для перемещения земснаряда в забое (папильонирования) он оснащен свайно-тросовой системой перемещения состоящей из трех папильонажных лебедок ЛМ-25, грузоподъемностью 2.5т и двух закольных свой, оснащенных лебедками для их подъема и опускания. Отличительной особенностью которых является то, что материал всех канатов выполнен из нержавеющей стали А4, а материалом изготовления свай является сталь 09Г2С .
Система технического водоснабжения основана на использовании горизонтального шламового насоса G-PUMP 1,5/1 М-СП-2, производительностью 150 м3/час и мощностью 22 кВт.
Для получения высокой производительности при разработке грунтов с помощью данного земснаряда ему необходимо создать забой, в основание которого он будет упираться рамой грунтозаборного устройства. Чем выше стена забоя, от того места где находится конец рамы, тем больше грунта будет обрушаться под действием гидроразмыва или фрезерного рыхлителя. Приемлемой высотой можно считать 3 – 5 метров.
Для создания забоя сначала, многократными проходами вперед-назад, делается так называемая траншея. Далее эта траншея расширяется минимум до 15 метров, чтобы получился полноценный забой. Потом, планомерно передвигаясь вдоль стены с одного края забоя на другой, размывается или разрыхляется порода и подбирается во всасывающий пульпопровод. Постепенно стена забоя расширяется и удлиняется.
Суть данных действий в том, что подмытая стена грунта рушится не сразу, а через некоторое время, и, двигаясь вдоль стены забоя видно, как вследствие обрушения грунт оставляет на поверхности воды характерную пену из мелкой взвеси породы. Далее, при движении грунтозаборной рамы в обратном направлении подбирается осыпавшийся грунт, и стена подмывается более глубоко. То есть, таким образом, двигаясь вдоль стены из стороны в сторону, производится постоянный обвал и подбор грунта, что и обеспечивает заданную техническую производительность земснаряда.
Система перемещения (папильонирования)
Папильонирование – это перемещение земснаряда поперек разрабатываемой прорези при разработке грунта, обеспечивающие постоянный контакт между грунтозаборным устройством и породой в процессе ее выемки.
Свайно-тросовое папильонирование производят с помощью закольных свай, расположенных на корме земснаряда и двух папильонажных лебедок, соединенных с береговыми или закладными якорями.
Одна из свай, опущенная до закола на дно, образовывает неподвижную ось вращения для земснаряда. С помощью соответствующих кнопок на пульте управления, выбирая трос одной папильонажной лебедки с одновременным травлением троса другой лебедки земснаряд поворачивается вокруг сваи и грунтозаборное устройство описывает дугу.
Схема перемещения земснаряда в забое
Земснаряд оснащен рамоподъемной лебедкой позволяющей изменить глубину погружения грунтозаборного устройства в зависимости от необходимой глубины разработки и фиксировать угол наклона.
Контроль за разработкой забоя осуществляется трехмерной системой позиционирования Nonius SlurryMeter+CSD, которая также обеспечивает и контроль учета производительности землесоса. Система обеспечивает оператору (багермейстеру) возможность видеть положение земснаряда относительно карты глубин, положение грунтозаборного устройства относительно рельефа дна, проектной глубины и проектных границ. Кроме того, оператор всегда может определить, на каких участках работы производились, а на каких еще нет. Так же в реальном времени багермейстер может контролировать производительность как по пульпе, так и по сухому материалу.
Трехмерная система позиционирования и контроля учета производительности земснаряда
Для обеспечения безопасной работы земснаряда и его технического обслуживания при ремонте технологического оборудования он обеспечен:
— кран консольный (расположен на каждом борте для удобства работ) монтируется на колонне свободностоящий с ручным поворотом стрелы и электроприводом тали ГОСТ 19811-90. Марка ККСр 1,0-4,0-3,7, грузоподъемностью 1 т;
— леерное ограждение (съемное, на болтовых соединениях) выполненное из стали 12Х18Н10Т;
— спасательное оборудование;
— шлюпа рабочая предельной грузоподъемностью 700 кг, материал обшивки — сталь 12Х18Н10Т.
Земснаряд прошел проверку специальным органом по сертификации продукции. Уникальный номер записи (аккредитации в реестре аккредитованных лиц: RA.RU.11HA65 и внесен в реестр сведений об аккредитованном лице – 10.08.201).
Земснаряд спущен на воду и введен в эксплуатацию в соответствии с графиком в июне 2023 года.
В статье использованы следующие материалы:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Норильск
Вячеслав Степанов. https://dzen.ru/a/ZFEtkCg_tHJZ4Nrk
Общие технические условия на изделия машиностроения Минтрансстроя ОСТ 35-03-86.
Правила устройства электроустановок. ПУЭ7.
Санитарные правила 1751-77. Санитарные правила для судов внутреннего плавания СССР. Дата актуализации: 01.01.2021 г.
Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. ПБ03-498–02.