• Nie Znaleziono Wyników

Index of /rozprawy2/11103

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Index of /rozprawy2/11103"

Copied!
158
0
0

Pełen tekst

(1)Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Górnictwa i Geoinżynierii. Katedra Górnictwa Odkrywkowego. R o z pr a w a do k to r s ka. Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcyjnego kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Mgr inż. Tomasz Będkowski. Promotor: Prof. dr hab. inż. Zbigniew Kasztelewicz. Promotor pomocniczy: Dr inż. Maciej Zajączkowski. Kraków, 2016 rok.

(2) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych Uprzedzony o odpowiedzialności karnej na podstawie art. 115 ust. 1 i 2 ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych (tj. Dz.U. z 2006 r. Nr 90, poz. 631 z późn. zm.): „Kto przywłaszcza sobie autorstwo albo wprowadza w błąd, co do autorstwa całości lub części cudzego utworu albo artystycznego wykonania, podlega grzywnie, karze ograniczenia wolności albo pozbawienia wolności do lat 3. Tej samej karze podlega, kto rozpowszechnia bez podania nazwiska lub pseudonimu twórcy cudzy utwór w wersji oryginalnej albo w postaci opracowania, artystyczne wykonanie albo publicznie zniekształca taki utwór, artystyczne wykonanie, fonogram, wideogram lub nadanie”. A także uprzedzony o odpowiedzialności dyscyplinarnej na podstawie art. 211 ust. 1 ustawy z dnia 27 lipca 2005 r. Prawo o szkolnictwie wyższym (tj. Dz.U. z 2012 r. poz. 572, z późn. zm.) „Za naruszenie przepisów obowiązujących w uczelni oraz za czyny uchybiające godności studenta student ponosi odpowiedzialność dyscyplinarną przed komisją dyscyplinarną, oświadczam, że niniejszą pracę doktorską wykonałem osobiście i samodzielnie i że nie korzystałem ze źródeł innych niż wymienione w pracy.. Kraków, dnia ………………………………. …………………………………… Czytelny podpis. 2.

(3) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Serdecznie dziękuję Panu Profesorowi Zbigniewowi Kasztelewiczowi za inspirację, pomoc i opiekę naukową w trakcie powstawania niniejszej pracy. Gorąco dziękuję Panu Doktorowi Maciejowi Zajączkowskiemu za wskazówki, rady, owocne dyskusje oraz Żonie Annie za wsparcie i wyrozumiałość.. 3.

(4) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Spis Treści 1.. WSTĘP ........................................................................................................................................... 6. 2.. CEL, TEZA I ZAKRES PRACY ............................................................................................................. 8. 3.. PROBLEMATYKA DOBORU SPOSOBÓW URABIANIA W GÓRNICTWIE SUROWCÓW SKALNYCH .... 12 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5. 4.. IDENTYFIKACJA OBIEKTU BADAŃ ................................................................................................. 29 4.1 4.2. 5.. PROBLEMATYKA URABIANIA MECHANICZNEGO ZA POMOCĄ SPYCHARKI Z OSPRZĘTEM ZRYWAKOWYM .............. 15 PROBLEMATYKA URABIANIA MECHANICZNEGO ZA POMOCĄ KOMBAJNU FREZUJĄCEGO .................................. 18 PROBLEMATYKA URABIANIA MECHANICZNEGO ZA POMOCĄ MŁOTA HYDRAULICZNEGO .................................. 22 PROBLEMATYKA URABIANIA MECHANICZNEGO ZA POMOCĄ ZRYWAKA WIBRACYJNEGO .................................. 25 PODSUMOWANIE ............................................................................................................................ 28. CECHY GEOLOGICZNE ZŁOŻA WAPIENI JURAJSKICH „RACISZYN” ................................................................. 29 WIELKOŚĆ ORAZ KLASYFIKACJA ZASOBÓW ZŁOŻA ................................................................................... 35. BADANIA TERENOWE................................................................................................................... 44 5.1 BADANIE MŁOTEM HYDRAULICZNYM ................................................................................................... 47 5.1.1 Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem młota hydraulicznego ........................ 54 5.2 BADANIE ZRYWAKIEM WIBRACYJNYM .................................................................................................. 58 5.2.1 Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem zrywaka wibracyjnego ....................... 64 5.3 BADANIE KOMBAJNEM FREZUJĄCYM TYPU WIRTGEN .............................................................................. 69 5.3.1 Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem kombajnu frezującego typu Wirtgen . 75 5.4 BADANIE KOMBAJNEM FREZUJĄCYM TYPU VERMEER .............................................................................. 79 5.4.1 Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem kombajnu frezującego typu Vermeer 82 5.5 BADANIE SPYCHARKĄ Z OSPRZĘTEM ZRYWAKOWYM ............................................................................... 86 5.5.1 Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem spycharki z osprzętem zrywakowym . 89 5.6 ANALIZA KRZYWYCH SKŁADU ZIARNOWEGO UROBKU UZYSKANEGO RÓŻNYMI SPOSOBAMI URABIANIA MECHANICZNEGO ........................................................................................................................................ 93. 6.. MODEL TECHNOLOGICZNY PROCESU PRODUKCJI KRUSZYW ........................................................ 98 6.1. 7.. WYRÓWNANIE WYDAJNOŚCI BADANYCH SPOSOBÓW MECHANICZNEGO URABIANIA SKAŁ WĘGLANOWYCH ......... 98. MODEL EKONOMICZNY PROCESÓW .......................................................................................... 102 7.1 ZAŁOŻENIA W ZAKRESIE DOBORU MASZYN I URZĄDZEŃ W UKŁADZIE TECHNOLOGICZNYM PRODUKCJI KRUSZYW 102 7.2 KOSZT ZUŻYCIA PALIWA .................................................................................................................. 103 7.2.1 Koszt zakupu paliwa ......................................................................................................... 103 7.2.2 Zużycie paliwa na poszczególnych maszynach................................................................. 104 7.3 AMORTYZACJA ............................................................................................................................. 107 7.4 KOSZTY SERWISU I NAPRAWY MASZYN ............................................................................................... 107 7.5 POZOSTAŁE KOSZTY OPERACYJNE ...................................................................................................... 108 7.6 PODSUMOWANIE ANALIZY EKONOMICZNEJ PROCESU URABIANIA ............................................................ 109 7.7 MODEL EKONOMICZNY POZOSTAŁYCH PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH ................................................... 112 7.7.1 Koszt pracy ładowarki ...................................................................................................... 113 7.7.2 Koszt pracy wozidła technologicznego ............................................................................. 114 7.7.3 Koszt pracy koparki jednonaczyniowej............................................................................. 116 7.7.4 Koszt pracy kruszarki ........................................................................................................ 117 7.8 PODSUMOWANIE MODELU EKONOMICZNEGO ..................................................................................... 118. 4.

(5) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych 8.. MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA ZMIENNEJ PRODUKCJI ROCZNEJ ............................. 121 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7. ZAŁOŻENIA PRZYJĘTE DO PRZYGOTOWANIA MODELU ............................................................................ 121 MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA KOPARKI JEDNONACZYNIOWEJ Z MŁOTEM HYDRAULICZNYM............ 122 MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA KOPARKI JEDNONACZYNIOWEJ ZE ZRYWAKIEM WIBRACYJNYM ......... 124 MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA KOMBAJNU FREZUJĄCEGO WIRTGEN.......................................... 127 MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA KOMBAJNU FREZUJĄCEGO VERMEER.......................................... 129 MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA SPYCHARKI Z OSPRZĘTEM ZRYWAKOWYM .................................... 132 PODSUMOWANIE .......................................................................................................................... 135. 9. WIELOKRYTERIALNA METODA WYBORU SPOSOBU MECHANICZNEGO URABIANIA SKAŁ Z WYKORZYSTANIEM METODY BELLINGERA ....................................................................................... 137 9.1 9.2 SKAŁ. 9.3. PODSTAWY TEORETYCZNE METODY BELLINGERA .................................................................................. 137 ZASTOSOWANIE METODY BELLINGERA DO WYBORU NAJKORZYSTNIEJSZEGO SPOSOBU MECHANICZNEGO URABIANIA 140 PODSUMOWANIE .......................................................................................................................... 142. 10.. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE ............................................................................... 144. 11.. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................ 148. 12.. SPIS RYSUNKÓW .................................................................................................................... 153. 13.. SPIS TABEL ............................................................................................................................. 156. 14.. ZAŁĄCZNIKI ............................................................................................................................ 158. 14.1. ZAŁĄCZNIK 1. WYNIKI BADAŃ WYTRZYMAŁOŚCI NA ŚCISKANIE BADANEGO SUROWCA SKALNEGO................................... 158. 5.

(6) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 1. Wstęp W ostatnim okresie coraz częściej odnotowuje się brak możliwości stosowania urabiania skał zwięzłych z wykorzystaniem techniki strzelniczej. Wynika to najczęściej z ograniczeń środowiskowych i potencjalnych konfliktów ze społecznością lokalną. Zjawisko to związane jest z rozwojem budownictwa mieszkaniowego, które swoim zasięgiem terytorialnym zbliża się do granic złóż surowcowych, szczególnie tych udokumentowanych, ale jeszcze niezagospodarowanych. Brak spójnej polityki w zakresie zagospodarowania przestrzennego dotyczącej ochrony terenów udokumentowanych złóż powoduje niejednokrotnie bezpośrednie sąsiedztwo nowo uruchamianych kopalń odkrywkowych z terenami mieszkaniowymi. Tworzone przez gminy plany w zakresie kształtowania przestrzennego, pomimo uwzględnienia w nich zalegających złóż, często nie uwzględniają minimalnych stref oddziaływania robót wiertniczo-strzałowych na sąsiednie zabudowania. W efekcie, postępowanie formalno-prawne w celu uzyskania koncesji na wydobycie kopaliny wiąże się z koniecznością akceptacji przez przedsiębiorcę górniczego zaostrzonych norm prawnych związanych z oceną wpływu takiej działalności na środowisko, co niejednokrotnie eliminuje możliwość stosowania materiałów wybuchowych do urabiania złoża. Ponadto wzrost świadomości społecznej w zakresie negatywnego oddziaływania na środowisko działalności górniczej oraz aktywny udział społeczności lokalnej i organizacji ekologicznych w procedurach administracyjnych w konsekwencji powoduje ograniczenia w stosowaniu robót wiertniczo-strzałowych. Zatem przedsiębiorcy górniczy stoją coraz częściej przed dylematem uruchomienia działalności górniczej z istotnym ograniczeniem, jakim jest zakaz stosowania robót wiertniczo-strzałowych. Wzrost konkurencyjności krajowych podmiotów zajmujących się górnictwem odkrywkowym w coraz większym stopniu wymaga od przedsiębiorcy górniczego poszukiwania najbardziej efektywnych ekonomicznie sposobów wszelkich procesów wewnętrznych, które w rezultacie wpływają na koszt wytworzenia 1 Mg surowca. Pojawia się zatem problem alternatywnego sposobu urabiania opartego na procesach urabiania mechanicznego.. 6.

(7) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Dobór odpowiednich sposobów jest zagadnieniem niezwykle złożonym i poza warunkami geologiczno-górniczymi, istotny wpływ mają wspomniane już ograniczenia, a także efektywność i niezawodność maszyn wraz z ich osprzętem. Ważnym czynnikiem pozostaje również doświadczenie eksploatacyjne w aplikacji poszczególnych rozwiązań. Wielokrotnie o zasadności i efektywności danego sposobu mechanicznego urabiania decydują, poza parametrami eksploatacyjnymi maszyn, także doświadczenie operatorów oraz ich umiejętności. Bez względu na zastosowany sposób mechanicznego urabiania oraz wiążącą się z nim wydajnością, w porównaniu do techniki strzelniczej cechuje go dużo wyższa energochłonność, a co za tym idzie wyższy koszt pozyskania 1 Mg urobku. Istotne znaczenie ma także wielkość nakładów inwestycyjnych, dostępność rynkowa maszyn, a przede wszystkim koszty eksploatacyjne, w tym koszty serwisowania i związane z nimi okresy. niezdatności. do. pracy. maszyn.. Ponadto,. wzrost. parametrów. wytrzymałościowych skał, takich jak np. wytrzymałość urabianego ośrodka na jednoosiowe ściskanie, zwięzłość czy zawartość wtrąceń innych minerałów, powoduje przyspieszone i zintensyfikowane zużycie narzędzi urabiających. W niniejszej rozprawie doktorskiej autor dokonał przeglądu i oceny stosowanych sposobów mechanicznego urabiania skał zwięzłych pod kątem energochłonności procesu oraz kosztu wytworzenia 1 Mg produktu gotowego. Badania zostały przeprowadzone na złożu wapieni jurajskich „Raciszyn”, zlokalizowanym w południowej części województwa łódzkiego. Ocena energochłonności tych procesów została wykorzystana w modelu ekonomicznym opracowanym dla zmiennego rocznego zapotrzebowania na gotowy produkt. Wyniki przeprowadzonych badań „in situ” stanowiły podstawę do przeanalizowania wpływu sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych na parametry techniczno-ekonomiczne procesu produkcji kruszyw.. 7.

(8) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 2. Cel, teza i zakres pracy Celem niniejszej pracy było przeprowadzenie analizy parametrów technicznoekonomicznych produkcji kruszyw dla wybranych sposób mechanicznego urabiania skał węglanowych. Bazą informacji przyjętą przez autora były badania terenowe dostępnych technologii, które zdefiniowały najważniejsze parametry procesu pozyskania surowca. Na ich podstawie sformułowano następującą tezę pracy: Dobór sposobu mechanicznego urabiania skał węglanowych znacząco wpływa na efektywność operacyjną nie tylko procesu samego urabiania ale i całego układu technologicznego, co w konsekwencji odbija się na jednostkowym koszcie produkcji kruszyw. Badania terenowe wykonano przy wykorzystaniu następujących sposobów mechanicznego urabiania skał: - urabianie młotem hydraulicznym, - urabianie zrywakiem mimośrodkowym, - urabianie kombajnem powierzchniowym typu Wirtgen, - urabianie kombajnem powierzchniowym typu Vermeer, - urabianie spycharką z osprzętem zrywakowym. Jednym z kluczowych parametrów, będącym przedmiotem części badawczej było określenie poziomu wydajności rzeczywistej wybranej technologii (Etap 2 na rysunku 1). Ponadto dokonano oceny kosztów bezpośrednich procesu urabiania takich jak: zużycie paliwa, części zamiennych, serwisu czy kosztów obsługi. Szczegóły tej oceny zostały opisane w rozdziale nr 5. Następnie przeprowadzono analizy krzywych składu ziarnowego uzyskanej nadawy (Etap 3 na rysunku 1). Różnice w wielkości składu ziarnowego urobku dla poszczególnych sposobów urabiania mogą wpływać na koszty jego dalszego przetworzenia. Na podstawie tych informacji w dalszej części pracy stworzony został model kompletnego ciągu technologicznego, w skład którego wchodzą pozostałe maszyny niezbędne do produkcji kruszywa wapiennego, jako produktu końcowego (Etap 4 na rysunku 1). Miarę oceny energochłonności procesu produkcyjnego wyrażono jako koszt produkcji 1 Mg surowca. 8.

(9) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Rys. 1. Algorytm etapów pracy badawczej [opracowanie własne]. 9.

(10) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Z uwagi na fakt, iż każda z badanych technologii charakteryzuje się zmienną wydajnością, dokonano jej wyrównania do oczekiwanej przez przedsiębiorcę górniczego wydajności rzeczywistej, zbliżonej do poziomu 190 Mg/h. W tym celu, w analizie kosztów (rozdział 6.2) wprowadzono wielokrotność wybranych urządzeń urabiających w taki sposób, aby przyjęte układy technologiczne mogły uzyskać łączną ilość urobku możliwie zbliżoną do oczekiwanego poziomu wydobycia (Etap 4 na rysunku 1). Jednocześnie przyjęto założenie określające produkt końcowy, jako kruszywo wapienne o frakcji 0-31,5 mm. Wspomniana frakcja jest powszechnie wykorzystywana w branży budownictwa drogowego, jako mieszanka do podbudowy zasadniczej i stanowi ona podstawowy surowiec do produkcji mączki wapiennej. Ponadto produkt ten jest dostarczany do sektora energetyki konwencjonalnej i po zmieleniu wykorzystywany, jako sorbent w procesach odsiarczania spalin. W przypadku analizowanego przedsiębiorstwa górniczego frakcja 0-31,5 mm stanowi około 70% wolumenu sprzedaży wszystkich kruszyw, a zatem jest najbardziej reprezentatywnym produktem handlowym dla wielu podmiotów w swoim sektorze. W rozdziale 7 niniejszej pracy stworzono model ekonomiczny procesów. Przyjęto jednorodne i spójne założenia do analizy kosztowej każdej badanej technologii. W tym celu pozyskano i przeanalizowano oferty handlowe nowych maszyn i urządzeń odpowiadających parametrom technicznym urządzeń wykorzystanych w testach badawczych. Przyjęto jednakowe założenia w zakresie amortyzacji tych urządzeń, kosztów obsługi oraz kosztów serwisu. Na bazie powyższych założeń (Etap 5 na rysunku 1) określono koszty jednostkowe na każdym etapie produkcji, zarówno dla procesu urabiania, ładowania, transportu jak i przeróbki. W efekcie przeprowadzonej analizy (Etap 6 na rysunku 1) wyznaczono całkowity koszt pozyskania 1 Mg produktu handlowego dla wszystkich sposobów urabiania mechanicznego skał i przy uwzględnieniu niezbędnej i oczekiwanej wydajność procesu, tj. 190 Mg/h. Szczegóły tych analiz zostały opisane w rozdziale 7.8. W dalszej części pracy (Etap 7 na rysunku 1) dokonano modelowania kosztów produkcji przy zmiennej wydajności rocznej w zakresie od 250 tys. Mg do około 2000 tys. Mg. Poziom ten określono, jako zwielokrotnienie zestawów produkcyjnych dla każdego badanego sposobu urabiania. Analiza określiła wpływ zwiększenia wydajności na poziom 10.

(11) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. jednostkowych kosztów pozyskania wyrobu finalnego. Jednocześnie został wyznaczony optymalny poziom wydajności każdego sposobu mechanicznego urabiania dla uzyskania najniższych kosztów całego procesu. Powyższa analiza została opisana w rozdziale 8. W końcowej części pracy opracowano metodę wyboru sposobu mechanicznego urabiania skał węglanowych (Etap 8 na rysunku 1). Metoda ta, oparta na wielokryterialnej metodzie podejmowania decyzji zwanej metodą Bellingera, umożliwiła włączenie do procesu wyboru również czynniki pozaekonomiczne jak na przykład aspekty środowiskowe. Wyniki tej metody wraz z uwzględnieniem ważności poszczególnych kryteriów opisano w rozdziale 9. Ostatni rozdział pracy dotyczył podsumowania i wniosków końcowych z przeprowadzonych w niniejszej pracy analiz techniczno-ekonomicznych. Praca składa się z 10 rozdziałów, 43 tabel oraz 71 rysunków. Podczas jej pisania powołano się na 75 przypisów literaturowych, w tym 39 pozycji zagranicznych.. 11.

(12) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 3. Problematyka doboru sposobów urabiania w górnictwie surowców skalnych Spośród wielu problemów decyzyjnych w procesie projektowania i kierowania eksploatacją, a równocześnie jednym z najważniejszych jest odpowiedni wybór wyposażenia technicznego do realizacji głównych procesów technologicznych wydobycia, do których zalicza się między innymi urabianie, transport oraz przeróbkę kopaliny. Zapewnić należy przy tym jednocześnie odpowiednie powiązanie ilościowe i technologiczne pomiędzy tymi procesami dla osiągnięcia pełnej efektywności zarówno układu wydobywczego jak i przeróbczego. Ważnym elementem jest również zapewnienie jakości kruszywa zgodnie z zakładową kontrolą produkcji kruszyw [Kubaszewski i Góralczyk 2010]. W górnictwie odkrywkowym surowców skalnych w coraz większym zakresie występują ograniczenia stosowania robót wiertniczo-strzałowych stanowiących podstawowy sposób urabiania skał o zwięzłości powyżej 20 MPa. Ograniczenia te wynikają z faktu występowania znacznych oddziaływań drgań parasejsmicznych, rozrzutu odłamków skalnych oraz powietrznej fali uderzeniowej przy tych robotach, które mają negatywne oddziaływania na obiekty chronione czy na skupiska zamieszkującej ludności w pobliżu kopalń odkrywkowych. W takich przypadkach konieczne jest zastąpienie robót wiertniczo-strzałowych mechanicznymi sposobami urabiania, które umożliwiłyby dalsze utrzymanie konkurencyjności pozyskiwanej kopaliny [Kolleth 1990]. Ograniczenia te są ważnym czynnikiem, mogącym powodować zmniejszenie dostępności surowców kluczowych dla polskiej gospodarki [Galos i Samokowski 2014]. Dobór odpowiednich sposobów urabiania każdej skały jest zagadnieniem niezwykle złożonym i opisywanym w literaturze światowej [Atkinson 1971, Bieniawski 1975, Church 1981, Braybrook J.C 1988, Kennedy 1990, Kuznetsoc 1997, Hartman 1999, Ratan Raj 2005, Hustrulid i Kuchta 2006, Drebenstedt 2010, Lowrie 2011]. Podobne wnioski w tej tematyce zostały przedstawione przez polskich autorów. I tak na przykład według Z. Kozłowskiego [Kozłowski 1974] urabianie skał, czyli pokonywanie ich naturalnej zwięzłości w celu odspojenia od calizny, jest jedną z. 12.

(13) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. podstawowych robót we wszystkich kopalniach. Sposoby urabiania, dobór stosowanych maszyn i sprzętu wg niego powinny zależeć od: - rodzaju urabianej skały (tj. dostosowania maszyn do oporów urabiania, pochyleń skarp, oblepiania narzędzi urabiających, nośności poziomów roboczych), - intensyfikacji robót w nadkładzie i złożu (tj. doboru wydajnościowego maszyn nadkładowych i eksploatacyjnych), - okresu eksploatacji (tj. uwzględnienia okresu amortyzacji dużych maszyn, które nie mogą być przeprowadzone do innej odkrywki), - parametrów przestrzennych wyrobiska (tj. doboru maszyn zapewniających urabianie projektowanych wysokości pięter nad i podpoziomowych, pracy na projektowanych pochyleniach, możliwości przejazdów po rampach wjazdowych i wkopach udostępniających), - sposobu załadunku i transportu urabianych mas (tj. doboru odpowiednich proporcji objętości łyżki koparki do objętości skrzyni wozidła technologicznego, stosowania. koszy. zasypowych. przy. koparkach. współpracujących. z. przenośnikami, ukształtowania frontów roboczych w nawiązaniu do tras transportowych), - podaży oraz ceny maszyn i urządzeń (tj. możliwości dostaw maszyn i urządzeń w potrzebnym terminie, porównania ekonomicznego dostępnych maszyn), - specjalnych wymogów eksploatacyjnych (np. urabiania selektywnego lub ograniczeń gabarytowych urobku), - wymogów gospodarki warsztatowej (tj. unifikacji urządzeń, dostosowania projektowanych maszyn do możliwości warsztatów naprawczych oraz zapewnienia dostaw części zapasowych). Decyzja, jakie maszyny wydobywcze i środki transportowe zostaną zastosowane, zależy więc od różnorodnych czynników, przede wszystkim jednak warunków zalegania złoża przewidzianego do eksploatacji [Strzodka i inni 1983, Zajączkowski i inni 2014]. Do najważniejszych czynników, wynikających z warunków zalegania złóż, można zaliczyć więc: - własności litologiczne warstw zalegających w nakładzie, - formy zalegania złoża, nadkładu i otaczającego górotworu, 13.

(14) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. - warunki hydrogeologiczne, - podatność złoża, nadkładu i otaczającego górotworu na odwodnienie. Natomiast według A. Bębna [Bęben 2008] głównymi czynnikami decydującymi o przydatności maszyn i urządzeń do eksploatacji kopalin ze złóż są możliwości pełnego wykorzystania maszyn w danych warunkach złożowych zgodnie z założeniami zarówno użytkownika, jak i producenta, ich niezawodność, ekonomiczność eksploatacji, wygoda obsługi i pełna możliwość zaopatrzenia w części zamienne. Często jednak wyboru dokonuje się poprzez zakup maszyn aktualnie dostępnych na rynku u danego dostawcy, które nie zawsze są dostosowane do warunków geologiczno-górniczych. Według Z. Kasztelewicza [Kasztelewicz i inni 2013] do podstawowych kryteriów, które należy uwzględnić przy doborze mechanicznego sposobu urabiania, zalicza się przede wszystkim: rodzaj skały, warunki geologiczno-górnicze zalegania złoża, czynniki związane z ochroną środowiska i wpływu danej technologii na otoczenie, jak również niezawodność zastosowanego układu maszyn i ich dostępność. Ważnym czynnikiem jest również doświadczenie eksploatacyjne w stosowaniu poszczególnych sposobów [Kasztelewicz i inni 2012]. Właściwości związane z parametrami fizycznymi skał, głównie z wytrzymałością na ściskanie, oraz sposób zalegania warstw wraz z ich zaburzeniami powinno określić się z możliwie największą dokładnością [Hedjigeorgiu, Scoble 1990]. Są to dane wejściowe do analiz o znaczeniu zasadniczym. Bardzo często decydującym czynnikiem przy wyborze eksploatacji złoża są uwarunkowania prawne związane z ochroną środowiska oraz oddziaływania kopalni na sąsiednie tereny [Abdullatif i Cruden 1983, Drebenstedt 2010]. W przypadku skał o zwięzłości powyżej 20 MPa (m.in. wapieni, dolomitów, piaskowców, margli, trawertynów itp.) najniższe koszty jednostkowe (w zł/Mg kopaliny) osiąga się stosując technikę strzelniczą. Dlatego też jest ona podstawową metodą eksploatacji skał zwięzłych, jednak przy występujących ograniczeniach związanych z drganiami parasejsmicznymi, powietrzną falą uderzeniową czy rozrzutem odłamków skalnych, kopalnie nie mają możliwości jej zastosowania blisko granicy eksploatacji sąsiadującej z zabudowaniami mieszkalnymi lub obiektami chronionymi. Ograniczenie to może być również ustanowione z uwagi na oddziaływanie hałasu pochodzącego od pracujących. 14.

(15) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. maszyn. W tej sytuacji, pomimo większych kosztów eksploatacyjnych, poszukuje się obecnie innych rozwiązań urabiania skał zwięzłych. Rozważa. się. także. dostępność. rynkową. maszyn,. wielkość. nakładów. inwestycyjnych, koszty eksploatacyjne, w tym koszty serwisowania, itp. Każdy z przytoczonych czynników może mieć decydujące znaczenie przy wyborze wdrażanego sposobu mechanicznego urabiania skał. W przypadku braku możliwości zastosowania techniki strzelniczej pojawia się więc pytanie, jakie inne sposoby urabiania kopalin zwięzłych można wziąć pod uwagę przy kryterium minimalizacji jednostkowych kosztów eksploatacji. Alternatywą mogą być mechaniczne. sposoby. urabiania,. charakteryzujące. się. jednak. większą. energochłonnością, a co za tym idzie wzrostem kosztów jednostkowych w granicach 30100% [Kasztelewicz i inni 2013]. Wśród alternatywnych sposobów urabiania skał zwięzłych można wymienić zrywanie spycharkami z osprzętem zrywakowym, urabianie kombajnami frezującymi, młotem hydraulicznym czy zrywakiem wibracyjnym. Można jeszcze znaleźć inne sposoby urabiania np. głowicą frezującą czy materiałami pęczniejącymi, jednak ich wykorzystanie z uwagi na bardzo ograniczony zakres wydajności nie znalazło szerszego zastosowania w górnictwie odkrywkowym i nie mogą one stanowić alternatywy dla wyżej wymienionych sposobów mechanicznego urabiania.. 3.1. Problematyka urabiania mechanicznego za pomocą spycharki z osprzętem zrywakowym. Sposób ten stosuje się dla rozluzowania calizny skalnej za pomocą zrywaka, a następnie załadowania rozluzowanego urobku do miejsca załadunku koparkami jednonaczyniowymi lub ładowarkami na środki transportu [Korzeniowski 2010]. Dotychczasowy stan wiedzy na temat pracy spycharki z osprzętem zrywakowym [Franklin i inni 1971, Kirsten 1982, Bassir i inni 2008, Bassir i inni 2007, Mohd 2009, Bęben 2008, Kozioł i inni 2014, Kasztelewicz i inni 2015], pokazuje, że na podatność na zrywanie mają wpływ głównie właściwości fizyczne skał, tj.: gęstość, wytrzymałość na ściskanie, a przede wszystkim prędkość fali sejsmicznej [Bailey 1975]. Dodatkowo. 15.

(16) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. powinno się uwzględnić rozciągłość i nachylenia warstw, szczelinowatość, twardość i osłabienia spowodowane warunkami atmosferycznymi. Ponieważ proces zrywania uzależniony jest nie tylko od wymienionych powyżej właściwości fizycznych skały, ale również od kierunku zrywania w stosunku do złoża czy umiejętności operatora, nie jest możliwe dokładne określenie wydajności efektywnej pracy spycharki z osprzętem zrywakowym [Hedjigeorgiu i Scoble 1988]. W praktyce producenci spycharek z osprzętem zrywakowym zamieszczają specjalne wykresy zależności wydajności teoretycznej od prędkości fali sejsmicznej, jako parametru najlepiej przybliżającego uzyskiwane wydajności [Komatsu , Caterpillar 2000, Caterpillar 2012]. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowy wykres zależności wydajności teoretycznej od prędkości fali sejsmicznej. Niestety określone w tak szerokich zakresach możliwe do osiągnięcia wydajności zrywania mogą mieć tylko charakter poglądowy i nie mogą stanowić podstawy do wyboru danego sposobu urabiania.. Rys. 2. Wykres zależności wydajności zrywania dla spycharki CAT D10T od prędkości fali sejsmicznej [Caterpillar 2012]. 16.

(17) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Pomimo wielu zalet klasyfikacji urabialności skał za pomocą zrywania, opartych na pomiarze prędkości fali sejsmicznej, wykorzystanie tylko i wyłącznie tego parametru, może prowadzić do błędnej oceny urabialności badanego górotworu. Główną wadą pomiaru prędkości fali sejsmicznej jest to, że nie odzwierciedla ona pewnych właściwości badanego ośrodka, np. wilgotności [Machniak i Borcz 2012]. Prędkość przemieszczania się fali sejsmicznej w piaskowcu mocno zawilgoconym może być taka sama jak w granicie. Fala sejsmiczna w piaskowcu o dużej wilgotności przemieszcza się z większą prędkością niż w piaskowcu suchym. Różnice prędkości fali sejsmicznej dla tego samego materiału mogą wynosić ±1000 m/s, co stanowi istotny problem w interpretacji wyników pomiarów na potrzeby urabialności. Generalnie skały osadowe klasyfikuje się do urabiania mechanicznego zrywaniem, podczas gdy skały magmowe już nie [Stacey 1976, Machniak i inni 2013]. Przykładem stosowania tego sposobu urabiania w Polsce jest kopalnia margli i wapieni kredowych Folwark w Górażdże Cement S.A. Zastosowanie urabiania spycharkami z osprzętem zrywakowym zostało podyktowane ograniczeniami wykonywania robót wiertniczo-strzałowych w północno-zachodniej części wyrobiska z uwagi na znajdujący się w bliskiej odległości zabytkowy obiekt chroniony. Do zrywania mechanicznego margli, o wytrzymałości na ściskanie do 17 MPa, stosuje się tam jedną z największych na świecie spycharek z osprzętem zrywakowym, KOMATSU 475A oraz HSW TD 40-B. Spycharki te posiadają moc silnika dochodzącą do 900 KM (ok. 662 kW) i masę eksploatacyjną około 100 Mg. Średnia wydajność uzyskiwana przez zrywanie mechaniczne w tej kopalni dochodzi do 500 Mg/h [Dreszer 2013]. Na rysunku 3 przedstawiono pracę spycharki Komatsu 475A w kopalni Folwark.. 17.

(18) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Rys. 3. Zrywanie kopaliny spycharką Komatsu 475A ze zrywakiem [Kasztelewicz i inni 2012]. 3.2. Problematyka urabiania kombajnu frezującego. mechanicznego. za. pomocą. Kombajny frezujące stosowane mogą być do złóż o regularnej budowie. Ich największą zaletą jest połączenie w jednej maszynie trzech podstawowych procesów: odspajania skały od calizny, ładowania i kruszenia. Urabianie skały następuje poprzez obrót bębna frezującego z zainstalowanymi na nim nożami styczno-obrotowymi, których rozmieszczenie dobiera się w zależności od wymaganego stopnia rozdrobnienia skały. Następnie odspojony urobek ładowany jest poprzez wysięgnik z przenośnikiem taśmowym na wozidła lub poprzez ładowarkę. Obecnie na rynku można wyróżnić dwa główne typy kombajnów frezujących, różniące się umiejscowieniem bębna frezującego: -. kombajny z czołowym bębnem frezującym (np. firma Vermeer),. -. kombajny z centralnym bębnem frezującym (firma Wirtgen).. Kombajny frezujące firmy Vermeer posiadają klasyczny układ dwóch gąsienic, dzięki czemu charakteryzują się większą mocą i zwrotnością, co jest ważne w przypadku 18.

(19) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. krótszych frontów roboczych. Wymagają jednak dodatkowej ładowarki do załadunku urobionego materiału na środki transportu. W przypadku kombajnów firmy Wirtgen wyeliminowano ten problem i urobek może być ładowany bezpośrednio na wozidło poprzez wysięgnik z przenośnikiem taśmowym. Wymagało to jednak zastosowania czterech gąsienic, przez co kombajn potrzebuje więcej miejsca na wykonywanie manewrów na końcówkach frontu roboczego. Możliwość stosowania kombajnów frezujących ogranicza przede wszystkim wytrzymałość na ściskanie urabianych skał. Wartością graniczną dla największych produkowanych obecnie maszyn jest wytrzymałość na ściskanie 120 MPa, przy czym ekonomicznie uzasadniona eksploatacja może być prowadzona do wartości 80 MPa [Wirtgen 2010]. Kombajny frezujące z powodzeniem stosowane są m.in. w kopalniach wapienia, węgla kamiennego i brunatnego w USA, Indiach i Australii [Kasztelewicz i inni 2014]. Obecnie coraz częściej wykorzystywane są także w europejskim górnictwie surowców skalnych. Na rysunku 4 przedstawiono pracę kombajnu frezującego (firmy Wirtgen) w kopalni węgla brunatnego South Field w Grecji, a na rysunku 5 pracę kombajnu frezującego (firmy Vermeer) w kopalni gipsu.. 19.

(20) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Rys. 4. Praca kombajnu frezującego Wirtgen 2200 przy urabianiu węgla brunatnego w kopalni South Field w Grecji [Kasztelewicz i inni 2014]. Rys. 5. Praca kombajnu frezującego Vermeer T1255 DD w kopalni gipsu [www.bh-ruda.pl]. 20.

(21) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. W praktyce producenci kombajnów frezujących zamieszczają specjalne wykresy zależności wydajności teoretycznej od wytrzymałości na ściskanie, jako parametru najlepiej przybliżającego uzyskiwane wydajności [Pettifer i Fookes 1994]. Przykładowy wykres przedstawiono na rysunku 6.. Rys. 6. Wykres zależności wydajności frezowania dla kombajnu Wirtgen 4200 SM od wytrzymałości na ściskanie [Wirtgen 2010]. Podobnie jak w przypadku prognoz wydajności spycharek z osprzętem zrywakowym tak i w tym przypadku mają one tylko charakter poglądowy i nie mogą stanowić podstawy do wyboru danego sposobu urabiania. 21.

(22) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. W literaturze dostępna jest również klasyfikacja urabialności kombajnami frezującymi z uwzględnieniem większej liczby kryteriów niż tylko wytrzymałość na ściskanie [Dey i Ghose 2008]. Określa ona indeks urabialności „CI” na podstawie takich parametrów jak wytrzymałość skały na obciążenie punktowe (PLI), liczbę spękań, abrazyjność, kierunek urabiania w stosunku do kierunku głównych spękań oraz moc maszyny. W tym przypadku należy również zachować ostrożność w wyciąganiu dokładnych wniosków co do prognoz wydajności, z uwagi na brak uwzględnienia np. długości frontu roboczego, który dla tego typu maszyn ma istotne znaczenie.. 3.3. Problematyka urabiania mechanicznego za pomocą młota hydraulicznego. Młoty hydrauliczne stosowane są powszechnie w kopalniach odkrywkowych do dwóch podstawowych zadań: rozbijania nadgabarytów oraz do urabiania calizny. Mocowane są na wysięgnikach koparek jednonaczyniowych i mogą być stosowane w zasadzie do urabiania każdego rodzaju skał [Weaver 1975, Smith 1986]. Na rynku obecnych jest wielu producentów młotów hydraulicznych, są to m.in. takie firmy jak: Atlas Copco, Caterpillar, Komatsu, Rammer, JCB, Gorilla, Huskie. Produkowane młoty hydrauliczne różnią się klasami. Począwszy od młotów kompaktowych, których masa nie przekracza 250 kg, aż do młotów ciężkich i bardzo ciężkich o masie nawet 7000 kg, które przeznaczone są do współpracy z nośnikami (np. koparką jednonaczyniową) o masie od 60-100 Mg. Właściwie bez względu na klasę i rozmiar, młoty hydrauliczne podczas pracy generują hałas na poziomie ok. 120-130 dB. Głównymi parametrami charakteryzującymi pracę młotów jest częstotliwość udaru oraz ciśnienie operacyjne [Atlas Copco 2006, Kukiałka i inni 2007, Kukiałka i Chulist 2003]. Bardzo ważne jest, aby jego masa była dobrana odpowiednio do masy maszyny podstawowej, jaką jest koparka jednonaczyniowa [Scoble i Muftuoglu 1984]. Na wydajność urabiania młotem hydraulicznym mają wpływ takie czynniki jak: budowa geologiczna złoża (warunki zalegania, szczelinowatość, rodzaj skały), żądana wielkość uziarnienia urobku, wysokość skarp roboczych, organizacja robót w przodku, rodzaj i. 22.

(23) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. parametry podwozia nośnego młota, wyszkolenie i sumienność operatora, sprawność i typ młota oraz urządzenia nośnego a także jakość i dostępność serwisu. Opracowano wiele nomogramów służących do odczytywania wydajności młotów hydraulicznych w zależności od warunków zalegania i rodzaju skały. Jednak mnogość czynników wpływających na wydajność, a w szczególności bardzo duży wpływ czynnika ludzkiego, tj. wprawy operatora powoduje, że dokładne wyznaczenie wydajności jest bardzo trudne i jedynie orientacyjne. Można założyć, że duże młoty w sprzyjających warunkach (urabianie skał metamorficznych, miękkich osadowych o wyraźnej szczelinowatości) mogą uzyskać wydajność ok 350 Mg/h [Kasztelewicz i inni 2013]. Na rysunku 7 przestawiono wykres zależności wydajności urabiania czterema młotami firmy Atlas Copco, a na rysunku 8 pracę młota hydraulicznego Rammer 4510 produkowanego przez firmę Sandvik podczas rozbijania nadgabarytów.. 23.

(24) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Rys. 7. Wykres zależności wydajności urabiania młotami firmy Atlas Copco od rodzaju skały oraz jej szczelinowatości [Atlas Copco]. 24.

(25) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Rys. 8. Rozbijanie nadgabarytów młotem hydraulicznym [Sandvik]. 3.4. Problematyka urabiania mechanicznego za pomocą zrywaka wibracyjnego. Zrywak wibracyjny, podobnie jak młot hydrauliczny, jest osprzętem mocowanym na wysięgniku koparki jednonaczyniowej i służy do odspajania skał z wykorzystaniem ich naturalnych spękań. Przykładem zrywaka wibracyjnego mogą być rozwiązania Xcentric Ripper, ACE Infrastructure czy producentów chińskich. Mechanizm zrywający polega na zasadzie mimośrodowego obrotu wału napędzanego przez silnik hydrauliczny. Według producentów tego urządzenia jego głównymi zaletami powinny być wyższa wydajność niż tradycyjnego młota hydraulicznego oraz niski poziom hałasu, jaki generuje ten zrywak. Wykorzystuje on naturalne spękania i zagłębia się w caliznę na zasadzie klina. Uderzenia wprowadzają urabiany ośrodek w wibracje, co dodatkowo ułatwia penetrację narzędzia w głąb calizny. Elementem łatwo zużywającym się jest tylko wymienny ząb,. 25.

(26) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. którego koszt jest kilkukrotnie mniejszy od grota młota hydraulicznego. Dodatkowo urządzenie to jest całkowicie szczelne, co daje możliwość urabiania pod lustrem wody. Zrywak wibracyjny jest stosunkowo nowym urządzeniem dostępnym na rynku światowym od 2009 roku. Znalazł on swoje zastosowanie zarówno w budownictwie jak i górnictwie odkrywkowym, m.in. przy odkrywkowej eksploatacji łupków gazonośnych w Estonii czy kopalniach węgla kamiennego w Chinach [Pastarus i inni 2013, Kail i inni 2014]. W Polsce jest z powodzeniem wykorzystywany do urabiania słabych partii margla w kopalni „Kowala” [Sypniowski 2013]. Obecnie dostępnych jest wiele typów zrywaków hydraulicznych o masie od 900 kg do 13000 kg. Podczas doboru zrywaka do urabiania wymagana wydajność nie może być jedynym kryterium. Bardzo ważne jest, aby jego masa była dobrana odpowiednio do masy maszyny podstawowej, jaką jest koparka jednonaczyniowa.. Rys. 9. Wykres zależności wydajności urabiania zrywakiem Xcetric Ripper od wytrzymałości na ściskanie [Xcentric Ripper]. Na rysunku 9 przestawiono wykres zależności wydajności urabiania zrywakiem hydraulicznym Xcentric Ripper w zależności od wytrzymałości na ściskanie w porównaniu do młota hydraulicznego. Według tego producenta, możliwe jest 26.

(27) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. osiągnięcie nawet pięciokrotnego wzrostu wydajności przy zastosowaniu zrywaka zamiast młota. Na rysunku 10 pokazano pracę koparki podsiębiernej wyposażonej w zrywak Xcentric Ripper podczas urabiania złoża margla w kopalnia „Kowala” w Polsce.. Rys. 10. Urabianie margla zrywakiem hydraulicznym Xcentric Ripper XR30 [Sypniowski 2013]. Podobnie jak w przypadku prognoz wydajności maszyn, przedstawionych w rozdziale 3.1, 3.2 i 3.3, tak i w tym przypadku mają one tylko charakter poglądowy i nie mogą stanowić podstawy do wyboru danego sposobu urabiania. Należy również zaznaczyć, że na obecnym etapie badań brak jest jeszcze jednoznacznych opinii i analiz ekonomicznych w literaturze światowej związanych ze stosowaniem tego typu organu urabiającego. Dlatego też, wykonane w ramach tej pracy badania wydajności tego typu maszyn można uznać za pionierskie w krajowym górnictwie.. 27.

(28) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 3.5. Podsumowanie. Przedstawione mechaniczne sposoby urabiania skał zwięzłych umożliwiają zastąpienie techniki strzelniczej lub jej uzupełnienie, dzięki czemu możliwa staje się eksploatacja tych części zasobów, gdzie nie można stosować robót wiertniczostrzałowych. Część przedstawionych sposobów jest znana i stosowana w Polsce już od dawna (np. urabianie młotami hydraulicznymi czy zrywanie za pomocą spycharki ze zrywakiem). Niektóre z nich, pomimo ich powszechnego stosowania na świecie, dopiero zaczynają być stosowane w krajowych warunkach (np. kombajny frezujące). Natomiast stosowanie zrywaków hydraulicznych jest nowym podejściem do mechanicznego urabiania skał w górnictwie światowym. Każdy z przedstawionych sposobów ma swoje wady i zalety, które w danych warunkach geologiczno-górniczych mogą zadecydować o efektywności zastosowania każdego z nich. Dużym problemem w prognozowaniu wydajności tych sposobów jest bardzo złożony proces mechanicznego urabiania skał, który uzależniony jest od wielu parametrów opisujących nie tylko sam górotwór, ale także sposób pracy danego urządzenia. W praktyce stosuje się klasyfikacje urabialności oparte na wytrzymałości na ściskanie lub prędkości fali sejsmicznej, które jednak, jak to wykazano w tym rozdziale, nie mogą stanowić podstawy do doboru konkretnego sposobu mechanicznego urabiania. Należy je traktować jako wskazówki co do możliwości technicznego zastosowania danego sposobu urabiania (a właściwie danej maszyny urabiającej). Powinno się więc mieć na uwadze, że każda maszyna (nawet tego samego typu) jest inna i pracuje w niepowtarzalnych warunkach. Istotny wpływ na proces urabiania ma również czynnik ludzki. Stąd też należy uznać, że najskuteczniejszym sposobem określenia ich wydajności jest przeprowadzenie bezpośrednich prób eksploatacyjnych, a więc badań „in situ”. Dodatkowym elementem, w zasadzie nie uwzględnianym w dostępnych publikacjach, jest wpływ danego sposobu urabiania na pozostałe procesy technologiczne w kopalni, a więc załadunek, transport i przeróbkę kopaliny.. 28.

(29) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 4. Identyfikacja obiektu badań. 4.1. Cechy geologiczne złoża wapieni jurajskich „Raciszyn”. Obiektem. badań, na którym zostały. dokonane. próby. eksploatacyjne. mechanicznych sposobów urabiania skał było złoże wapieni jurajskich „Raciszyn”. Jest ono położone w południowej części województwa łódzkiego, w gminie Działoszyn i miejscowości Raciszyn. Złoże zlokalizowane jest na południe od wsi Raciszyn i na zachód od szosy asfaltowej Działoszyn-Częstochowa. Najmniejsza odległość granic złoża „Raciszyn” od zabudowań wsi Raciszyn i drogi asfaltowej Działoszyn-Częstochowa wynosi odpowiednio 40 m i 80 m. Natomiast najmniejsza odległość granic obszaru górniczego „Raciszyn” od zabudowań wsi Raciszyn i drogi asfaltowej DziałoszynCzęstochowa wynosi odpowiednio 40 m i 70 m. Najmniejsza odległość granic terenu górniczego „Raciszyn” od zabudowań wsi Raciszyn i drogi asfaltowej DziałoszynCzęstochowa wynosi odpowiednio 20 m i 10 m (rysunek 11). Najbliższa stacja kolejowa znajduje się w Działoszynie w odległości około 6 km od złoża, na kolejowej magistrali łączącej Górny Śląsk z portami Gdańska i Gdyni. Większą część obszaru złoża, zwłaszcza od strony północnej, pokrywają nieużytki rolne. Pozostałą część pokrywają piaszczyste grunty orne niskich klas. Powierzchnia złoża od strony północnej i wschodniej jest bardzo urozmaicona. Od strony południowej i zachodniej na ogół równa. Największa wysokość terenu znajduje się w jego centralnej części i dochodzi do 216,7 m npm. W stronę południową teren obniża się do około 209 m npm, a po północnej stronie złoża u podnóża krawędzi morfologicznej rzeki Warty teren obniża się do około 191 m npm. Obszar udokumentowanego złoża odwadniany jest przez rzekę Wartę przepływającą w odległości około 1 km od strony północnej. Rzeka meandrując w szerokiej dolinie, w pobliżu złoża, posiada zwierciadło wody na wysokości ok. 177 m npm. Zwierciadło wody w wykonanych wyrobiskach w większości przypadków stabilizowało się na wysokości 176,4-179,1 m npm. Złoże wapieni jurajskich „Raciszyn”. 29.

(30) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. udokumentowane jest do poziomu 180 m npm, a zatem powyżej poziomu rzeki Warty i powyżej poziomu wód podziemnych. Udokumentowane złoże stanowi wycinek dużej jednostki geologicznej wapieni oksfordu. Obszar występowania tych skał ciągnie się wąskim pasmem poprzez wzgórza położone na lewym brzegu Warty, na odcinku od wsi Zaskale na wschodzie poprzez Raciszyn do Lisowic na zachodzie.. Rys. 11. Lokalizacja złoża wapieni jurajskich „Raciszyn” oraz obszaru i terenu górniczego [opracowanie własne]. W złożu można zaobserwować dwie główne odmiany wapienia:  wapienie. kredowate. -. białe,. mażące,. pelityczne. lub. częściowo. przekrystalizowane, mało zwięzłe, silnie spękane o głuchym dźwięku przy uderzeniu młotkiem,  wapienie typu trawertyn - twarde, zwięzłe, często z kawernami, na ogół jasnoszare, żółte do czerwonych od związków żelaza, dźwięczące przy uderzeniu młotkiem (tzw. „polski trawertyn”). Wapienie stwierdzone w szybikach i otworach wykonanych na złożu wapieni jurajskich „Raciszyn” są niewyraźnie uławicone i grubo ławicowe, wykazując przy tym poziome lub prawie poziome zaleganie. Niewielkie upady posiadają kierunek zgodny z 30.

(31) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. generalnym kierunkiem upadu warstw monokliny jurajskiej. Grubość ławic dochodzi do 5 m. Warstwy skalne są na ogół mocno spękane w bardzo nieregularny sposób. Najczęściej spękania powtarzają się w granicach 0,3 do 1,1 m. W odsłonięciach i w wykonanych szybikach obserwuje się wyraźne trzy kierunki spękań:; poziome, równoległe do uławicenia i pionowe. Kopaliną dokumentowanego złoża wapieni jurajskich „Raciszyn” są wapienie mikrytowe o gruzełkowatej teksturze, kawerniste, szczelinowate, porowate lub wapienie o budowie ziarnistej, w których spoiwo uległo częściowemu wyługowaniu, silnie porowate, kawerniste. Zawierają one gruzełki skalcytyzowanego detrytusu organicznego. Obserwacje zarówno odsłonięć jak i wykonanych wyrobisk w obszarze udokumentowanym prowadzą do wniosku, że wapienie typu trawertyn nie występują regularnie i nie są związane z głębokością ich zalegania. Stwierdzono, że wapienie typu trawertyn występują nieregularnie na różnych głębokościach, zarówno w partiach stropowych złoża, jak też w spągowych, a w niektórych wyrobiskach wapienie są poprzedzielane wapieniami kredowatymi. Utwory krasowe rozwinięte są zarówno w płaszczyznach ciosowych jak i zgodnie z uławiceniem, tzn. poziomo. Często spotykaną formą wykształcenia krasu są leje i szczeliny. Utwory krasowe w dokumentowanym złożu wapieni jurajskich „Raciszyn” wynoszą około 7 % ogólnej kubatury serii złożowej. Za serię złożową przyjęto przestrzeń liczoną od spągu nadkładu do poziomu udokumentowania i w pionowych granicach konturujących obliczenie zasobów złoża. Strop serii złożowej osiąga najwyższą wysokość 215,4 m npm w części centralnej złoża. Obniża się on w kierunku wschodnim do wysokości 202,7 m npm i zachodnim do wysokości 196,7 m npm. Miąższość serii złożowej do poziomu dokumentowania waha się od 12,1 m do 35,4 m. Największa miąższość wapieni występuje w centralnej części złoża, najmniejsza zaś w północnej części obszaru. Za nadkład serii złożowej przyjęto utwory czwartorzędowe oraz rozwinięty przypowierzchniowy kras. Utwory czwartorzędowe w rejonie dokumentowania, to gleba, glina brunatna i piaski ze żwirkiem pochodzenia lodowcowego. Makroskopowo utwory te podobne są do utworów wypełniających przestrzenie krasowe. W przypadku występowania krasu przypowierzchniowego trudno 31.

(32) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. jest go odróżnić od nadkładu czwartorzędowego, w związku z czym cały nadkład nad serią złożową w profilach wyrobisk zaliczono do czwartorzędu. Nadkład najcieńszą warstwą zalega w centralnej części złoża. W kierunku północnym nieznacznie rośnie, natomiast na południe obserwować można w sąsiedztwie wschodniej granicy wzrost jego grubości do 10,5 m. W miejscach, gdzie nadkład osiąga duże wartości, występuje prawdopodobnie kras przypowierzchniowy. Bloczność złoża została obliczona w oparciu o pomiary spękań wykonane w istniejących wyrobiskach oraz na rdzeniach z otworów wiertniczych. Przy wykonywaniu pomiarów oceniono wielkość, regularność i równoległość poszczególnych spękań. Analizując wykonane pomiary wydzielono trzy zasadnicze systemy spękań:  system A kierunek spękań w przedziale 0-90 °, 180-270 °,  system B kierunek spękań w przedziale 90-180 °, 270°, 360 °,  system spękań poziomych (warstwowanie). Powierzchnia terenu znajdującego się w granicach planowanej eksploatacji nie stanowi prawnych form ochrony przyrody bądź krajobrazu. Morfologia oraz zagospodarowanie powierzchni gruntów nie sprzyja również bytowaniu zwierząt w miejscach przewidywanej eksploatacji. Dotychczas wydane decyzje administracyjne nie nakładają. obowiązku. stosowania. szczególnych. zasad. ochrony. środowiska. uniemożliwiających wybranie zasobów. Drogi lokalne przebiegające po południowozachodniej i południowo-wschodniej granicy obszaru górniczego stanowią drogi polne, nieutwardzone służące okolicznym rolnikom jako dojazd do uprawianych pól. Drogi te, jak również linie energetyczne, ze względu na planowane nie prowadzenie przy urabianiu złoża robót wiertniczo-strzałowych, nie wymagają ochrony. Nie istnieją uwarunkowania geograficzne mające wpływ na ograniczenie planowanej eksploatacji. Nie ma również żadnych obiektywnych przeszkód uniemożliwiających lokalizację w granicach obszaru górniczego „Raciszyn”, jeżeli będzie to konieczne, obiektów budowlanych zakładu górniczego.. 32.

(33) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych Tab. 1. Parametry fizyko-mechaniczne złoża wapieni jurajskich „Raciszyn” [opracowanie własne] Właściwość. Wartości zmierzone. Wartości średnie. Gęstość [g/cm3]. 2,63-2,84. 2,70. Gęstość pozorna [g/cm3]. 1,85-2,62. 2,22. 5,45 – 30,95. 17,45. 0,54-14,25. 6,07. - na sucho. 132-1138. 392. - na mokro. 94-746. 286. - po zamrożeniu. 90-750. 256. Wytrzymałość na ściskanie [MPa]. 40-80. 57. Ścieralność na tarczy Boehmego [cm]. 0,32 – 2,64. 1,15. Ścieralność w bębnie Dedala [%]. 4,39 – 40,00. 12,56. Porowatość [%] Nasiąkliwość wagowa [%] Wytrzymałość na ścieranie [kg/cm2]. Mrozoodporność w cyklach Współczynnik emulgacji. 14-25 0,30-0,40. Przyczepność do bitumu. 0,34 Bardzo dobra. Określenie rodzaju i jakości kopaliny oraz możliwości jej użytkowania w przemyśle materiałów budowlanych przeprowadzono w oparciu o wyniki badań na skalę laboratoryjną i przemysłową. Próbki ze złoża pobrano ze wszystkich otworów i szybików. Ponadto pobrano próby z odsłonięć. Charakterystyka własności fizyko-mechanicznych wapieni w dokumentacji geologicznej oparta została na wynikach badań 161 próbek, pobranych z otworów w liczbie 126 sztuk, szybików w liczbie 28 sztuk oraz odsłonięcia. Wartości parametrów fizyko-mechanicznych przedstawione są w tabeli 1. Wapienie ze złoża „Raciszyn” mogą znaleźć więc zastosowanie do produkcji:  nawozów wapiennych,  jako mączka w instalacjach odsiarczających,  jak surowiec do produkcji kredy, wapna palonego,  kruszywa do betonów oraz drogowego,  do budowy murów, 33.

(34) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych.  do budowy dróg i obiektów inżynierskich,  do produkcji płytowych wykładzin pionowych. Ponadto na podstawie wyników wykonanych analiz określono skład chemiczny wapieni zgodnie z tabelą 2. Po wykonanych analizach chemicznych można stwierdzić, że wapienie mogą być jeszcze dodatkowo stosowane do produkcji:  wapna na cegłę wapienno-piaskową,  wapna niegaszonego dla celów budowlanych,  wapna rolniczego palonego,  wapniaka rolniczego. Tab. 2. Parametry chemiczne złoża wapieni jurajskich „Raciszyn”[opracowanie własne] Skład. Udział %. Średni udział %. Strata prażenia. 34,60-44,70. 42,74. SiO2. 0,17-16,96. 1,41. R2O3. 0,05-5,25. 0,56. Fe2O3. 0,02-3,92. 0,39. Al2O3. 0,04-3,75. 0,35. CaO. 43,50-55,80. 52,29. MgO. 0,14-1,24. 0,71. S całk.. 0,00-0,20. 0,13. SO3. 0,00-0,15. Na2O. Ślady-0,92. 0,16. K2O. 0,02-1,50. 0,52. P2O5. 0,0022-1,10. 0,17. CaCO3. 77,43-99,50. MgCO3. 0,36-2,59. 34.

(35) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 4.2 Do. Wielkość oraz klasyfikacja zasobów złoża obliczenia. ilości. zasobów. złoża. zastosowano. metodę. przekrojów. geologicznych. Na mapie obliczenia zasobów wydzielono bloki obliczeniowe, granice zasobów w kat. C1 i C2 oraz wyznaczono filar ochronny dla zabudowań wsi Raciszyn. Nie wyznaczono filara ochronnego dla linii wysokiego napięcia biegnącej przez złoże, ponieważ uzgodniono możliwość przesunięcia tej linii poza obszar złoża. Zasoby bilansowe w filarze ochronnym wynoszą: w kat. C1 – 3.269.713 Mg, w kat. C2 – 1.284.091 Mg, co łącznie daje 4.553.804Mg. Natomiast zasoby bilansowe wynoszą: w kat. C1 – 5.137.105 Mg, w kat. C2 – 1.666.399 Mg, co łączni daje 6.803.504Mg. Zatem łącznie daje to 11.357,3 tys. Mg. Zestawienie zbiorcze parametrów geologiczno-górniczych przedstawiono w tabeli 3.. Tab. 3. Zestawienie wartości parametrów geologiczno-górniczych złoża wapieni jurajskich ”Raciszyn”[opracowanie własne] Rodzaj parametru Wartość parametru minimalna. maksymalna. średnia. Powierzchnia złoża [m2]. 208 140. Miąższość złoża (Z) [m ]. 25,75. Grubość nadkładu (N) [m]. 4,07. Zasoby geologiczne w kat. C1 [tys. Mg]. 8 407. Zasoby geologiczne w kat. C2 [tys. Mg]. 2 950. Współczynnik N i Z. 0,01. 0,2. 0,16. 35.

(36) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 4.3. Uwarunkowania miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego. Dla obszaru złoża wapieni jurajskich „Raciszyn” obowiązuje Miejscowy Plan Zagospodarowania Przestrzennego dla obszaru złoża wapieni „Raciszyn” wraz z terenem oddziaływania eksploatacji górniczej i terenami sąsiednimi we wsi Raciszyn zatwierdzony Uchwałą Rady Miejskiej w Działoszynie Nr XXIX/187/09 z dnia 27 lutego 2009 i opublikowanym w Dzienniku Urzędowym Województwa Łódzkiego Nr 86 poz. 828 z dnia 8 kwietnia 2009 roku (rysunek 12). Zgodnie z tym dokumentem, w granicach udokumentowanego złoża wapieni jurajskich „Raciszyn” występują tereny oznaczone w planie symbolem 1PG – „tereny udokumentowanego złoża wapieni „Raciszyn” przewidziane do eksploatacji górniczej oraz przewidziane do udokumentowania ewentualnych zasobów poniżej dolnego poziomu zasobów obecnie udokumentowanych, stanowiące projektowany docelowo obszar górniczy”. W granicach oznaczonych w planie jako projektowane granice terenu górniczego występują oznaczenia: - 9R/ZL – tereny przeznaczone do zalesienia, - 8R – tereny rolnicze, - 2P – tereny zabudowy przemysłowej zaplecza zakładu górniczego, - 7U – tereny zabudowy usługowej – kultu religijnego, - 6KDW i 7KDW – tereny komunikacji – dróg dojazdowych wewnętrznych do pól, własności gminy. Jednocześnie zapisy miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego wprowadziły graficzny „filar ochronny”, który wyłączył część złoża wapieni jurajskich „Raciszyn” z możliwości prowadzenia robót wiertniczo-strzałowych. Powyższy fragment złoża znajduje się w jego północnej części i został oznaczony „kreskowaniem skośnym” na rysunku 12.. 36.

(37) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Rys. 12. Graficzny wyrys z miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego dla złoża „Raciszyn” [Uchwała Rady Miejskiej w Działoszynie Nr XXIX/187/09 z dnia 27 lutego 2009]. 37.

(38) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 4.4. Główne zapisy projektu zagospodarowania złoża Zgodnie z Projektem Zagospodarowania Złoża, zatwierdzonym w kwietniu 2015 r., początek eksploatacji złoża nastąpił w jego północnej części (rysunek 4.6), zatem w terenie objętym zakazem stosowania robót wiertniczo-strzałowych. Wszelkie planowane prace wydobywcze znajdowały się zatem w części złoża określonego przez „filar ochronny”, gdzie dopuszczalne były jedynie mechaniczne sposoby pozyskania kopaliny. Prace na złożu wapieni jurajskich „Raciszyn” w pierwszym etapie eksploatacji polegały na zdjęciu nadkładu, rumoszu wapiennego oraz spękanej i luźnej kopaliny wapienia. Złoże. będzie. docelowo. rozcięte. dwoma. poziomami. eksploatacyjnymi,. zlokalizowanymi na rzędnych wysokościowych 200 oraz 180 m npm z półką bezpieczeństwa pomiędzy piętrami równą 3,0 m, co zagwarantuje stateczność zbocza zgodnie z wytycznymi geotechnicznymi. Do urabiania i załadunku mas nadkładowych i mas stanowiących straty eksploatacyjne (złożowe) zastosowane zostaną koparki z osprzętem podsiębiernym i nadsiębiernym, kombajny frezujące oraz ładowarki kołowe. Do przesuwania tych mas w rejon ich załadunku lub docelowej lokalizacji używane będą spycharki lub ładowarki. Transport nadkładu i utworów pochodzących z lejów krasowych realizowany będzie przy użyciu wozideł oponowych lub samochodów samowyładowczych. Nadkład wybierany będzie z poziomu stanowiącego strop złoża, strop nadkładu lub poziomu pośredniego. Miąższość nadkładu nad złożem wynosić będzie od 0,3 m do 6,0 m natomiast we wkopie zlokalizowanym poza granicami złoża wahać się będzie w przedziale od 0,0 m do 25 m (rysunek 13).. 38.

(39) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Rys. 13. Mapa sytuacyjno-wysokościowa dla złoża wapieni jurajskich „Raciszyn” [opracowanie własne]. 39.

(40) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Planowana eksploatacja zakłada dwa podstawowe systemy urabiania złoża tzn.:  system ścianowy,  system zabierkowy; z następującymi kierunkami przesuwania się frontu roboczego:  równoległym,  wachlarzowym,  równoległo-wachlarzowym. W przypadku pojawienia się kopaliny o zwięzłej strukturze, blocznej, lecz spękanej i urabialnej przewiduje się stosowanie następujących sposobów eksploatacji:  z wykorzystaniem młotów hydraulicznych zainstalowanych na koparkach,  w wykorzystaniem zrywaków hydraulicznych na koparkach,  poprzez kombajny powierzchniowe. Natomiast w przypadku eksploatacji części złoża na bloki przewiduje się stosowanie poniższych systemów:  urabianie maszynowe przy zastosowaniu pił linowych, wrębiarek oraz maszyn do rozłupywania, znanymi w górnictwie odkrywkowym technologiami,  urabianie metodą wiercenia wiertarkami udarowo-powietrznymi i klinowania. Docelowo po zakończeniu eksploatacji wyrobisko charakteryzowało się będzie następującymi parametrami:  liczba poziomów eksploatacyjnych: 2 poziomy na rzędnych 180 i 200 m npm,  maksymalna wysokość pierwszego poziomu eksploatacyjnego: 15,1 m,  maksymalna wysokość drugiego poziomu eksploatacyjnego: 21,0 m,  kąt nachylenia docelowych skarp eksploatacyjnych: 600,  szerokość. półki. bezpieczeństwa. pomiędzy. docelowymi. piętrami. eksploatacyjnym: 3,0 m,  generalny kąt nachylenia wyrobiska docelowego: 500. W trakcie trwania eksploatacji wyrobisko charakteryzowało się będzie następującymi parametrami:  liczba poziomów eksploatacyjnych w trakcie trwania eksploatacji: 7,  rzędne wysokościowe lokalizacji poziomów oraz ich zakres wysokości będą zgodne z tabelą 4, 40.

(41) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych . kąt nachylenia czynnych skarp eksploatacyjnych: 80-900,. . kąt nachylenia docelowych skarp eksploatacyjnych: 600,. . minimalna szerokość wyprzedzenia międzypoziomowego: trzykrotna wysokość urabianego na bloki piętra.. Tab. 4. Zakładane rzędne wysokościowe poziomów eksploatacyjnych [opracowanie własne]. Lp.. Rzędna wysokościowa poziomu [m npm]. Nr poziomu. Dopuszczalna deniwelacja rzędnej wysokościowej [m]. Zakres wysokości piętra [m]. 1. 2. 3. 4. 5. 1. 180. II d. +1,0 m. 3-6. 2. 185. II c. ± 1,0 m. 3-7. 3. 190. II b. ± 1,0 m. 3-7. 4. 195. II a. ± 1,0 m. 0-6. 5. 200. Ic. ± 1,0 m. 0-6. 6. 205. Ib. ± 1,0 m. 0-6. 7. 210. Ia. ± 1,0 m. 0-5,1. Na rysunku 14 przedstawiono wyrobisko docelowe na złożu wapieni jurajskich „Raciszyn”.. 41.

(42) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 42.

(43) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Rys. 14. Wyrobisko docelowe na złożu wapieni jurajskich „Raciszyn” [opracowanie własne]. 43.

(44) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. 5. Badania terenowe. Obecnie eksploatacja złoża wapieni jurajskich „Raciszyn” znajduje się w początkowej fazie rozwoju. Dotychczas, pozyskiwany surowiec cechował mały i średni stopień zwięzłości oraz wytrzymałość na ściskanie na poziomie 50-60 MPa. W załączniku 1 do niniejszej pracy znajdują się wyniki uzyskanej średniej wytrzymałości na ściskanie, próbki urobku będącego reprezentatywnym dla badanej części złoża, na której przeprowadzono próby eksploatacyjne różnych sposobów mechanicznego urabiania. Oznaczenia próby dokonano w akredytowanym Laboratorium Surowców i Wyrobów Budowlanych Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego w Warszawie. Średnia wytrzymałość na ściskanie urabianej części złoża wyniosła 57 MPa. Uzyskany materiał charakteryzował się stabilnymi i powtarzalnymi właściwościami fizycznymi, co pozwoliło uznać planowane badania za w pełni porównywalne i reprezentatywne. Ważnym czynnikiem wyboru sposobów urabiania było założenie etapowego udostępniania złoża w czasie, co niekorzystnie wpłynęło na wydajność, np. kombajnów, wymagających znacznych, otwartych powierzchni roboczych. Urządzenia biorące udział w testach zostały wydzierżawione na czas przeprowadzenia badania terenowego, a ich podstawowe parametry oraz uzyskane wyniki zostały opisane w dalszej części pracy. Istotnym założeniem rynkowym przedsiębiorcy górniczego było zabezpieczenie wydobycia rocznego w łącznej ilości 700 tys. Mg wyrobu gotowego, co odpowiada wydajności wszystkich procesów produkcyjnych na poziomie 190 Mg/h. Zatem wybór najbardziej efektywnego energetycznie sposobu urabiania mechanicznego powinien dodatkowo uwzględniać aspekty wydajnościowe zarówno urządzenia urabiającego, jak i pozostałych urządzeń w układzie technologicznym. Widok obszaru wykonywania testów eksploatacyjnych różnych technologii mechanicznego urabiania skał przedstawiają rysunki 15 oraz 16.. 44.

(45) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Rys. 15. Obszar badań terenowych i wykonywania testów eksploatacyjnych wraz z widokiem na pobliskie zabudowania [fot. T. Będkowski]. Rys. 16. Obszar badań terenowych i wykonywania testów eksploatacyjnych [fot. T. Będkowski]. W celu uzyskania najbardziej obiektywnej oceny wyników pomiarowych, testy eksploatacyjne dokonano w zbliżonych warunkach geologicznych złoża wapieni 45.

(46) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. jurajskich „Raciszyn” przy rzędnej terenu w zakresie 202-203 m npm., w jednorodnym geologicznie obszarze o powierzchni ok. 3 ha. W przypadku badania pracy młota hydraulicznego oraz zrywaka mimośrodkowego test został wykonany w tym samym czasie, gdy oba zestawy maszyn pracowały w bezpośrednim sąsiedztwie. Na rysunku 17 zaznaczono obszar testów eksploatacyjnych maszyn urabiających, jakie zostały wykorzystane w trakcie badań terenowych.. Rys. 17. Obszar pracy maszyn biorących udział w badaniach terenowych [opracowanie własne] 46.

(47) Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. W dalszej części pracy zostaną przedstawione wyniki badań terenowych następujących sposobów mechanicznego urabiania skał tj.: - urabianie młotem hydraulicznym, - urabianie zrywakiem mimośrodkowym, - urabianie kombajnem powierzchniowym typu Wirtgen, - urabianie kombajnem powierzchniowym typu Vermeer, - urabianie spycharką z osprzętem zrywakowym.. 5.1. Badanie młotem hydraulicznym. Młot hydrauliczny zamontowany na wysięgniku koparki jednonaczyniowej od wielu lat jest stosowany w różnych dziedzinach inżynierskich, począwszy od budownictwa ogólnego do takich prac jak, zdejmowanie nawierzchni asfaltowej i betonowej, budowa parków i obiektów ogrodniczych, czy wykonywanie wykopów i rowów. Stosowany jest też przy pracach wyburzeniowych konstrukcji murowych, betonowych, ceglanych, elementów z betonów silnie zbrojonych, takich jak mosty czy tamy, aż po zastosowanie w górnictwie [Kasztelewicz i inni 2013]. Na początku wykorzystywany był jako maszyna pomocnicza służąca do rozbijania brył nadgabarytowych w celu wyeliminowania problematycznego strzelania rozczepkowego, do przygotowania i wyrównywania stropu, czy likwidowania progów przyspągowych. W szczególnych przypadkach młot hydrauliczny może być też maszyną podstawową, służącą bezpośrednio do eksploatacji złoża. Najczęściej stosowany jest w sytuacji, kiedy właśnie wykonywanie prac z wykorzystaniem robót wiertniczo-strzałowych nie jest możliwe bądź jest ono ograniczone. Do najważniejszych parametrów technicznych młotów hydraulicznych należy zaliczyć: ciężar młota, energię udaru, liczbę uderzeń, przepływ oleju, ciśnienie pracy oraz wymiary poszczególnych części i elementów młota. Bardzo istotnym parametrem jest także ciężar nośnika młota hydraulicznego, jakimi jest koparka jednonaczyniowa. Właściwy dobór koparki, a w szczególności jej podwozia, ma na celu zapewnić stabilność. 47.

Cytaty

Powiązane dokumenty

W ramach niniejszej pracy podjęto próbę opracowania oryginalnej metody konwekcji zmiennej wewnętrznej, której przeznaczeniem jest modelowanie przepływów cieczy o

Zestawienie stężeń metanu z czujników metanometrycznych, ilości powietrza w rejonie ściany, ilości ujmowanego metanu poprzez odmetanowanie i postępu ściany - Ściana F-27

Bezpośrednie pomiary wydajności FRET mogą być oparte o pomiary zaniku fluorescencji donora w czasie, które są niezaleŜne od stęŜenia fluorofora i nie wymagają dodatkowego

Powyższe zestawienie wykazało, że w przypadku próbek piaskowca czerwonego spągowca facji rdzenia wydmy, można mówić o predykcji właściwości zbiornikowych na podstawie

Zestawienie wyników pomiarów stężeń 222Rn w powietrzu atmosferycznym w okolicach byłego zbiornika retencyjno – dozującego wody słonej Kopalni Węgla Kamiennego „Silesia”

Zestawienie otrzymanych wartości średniego spinu Mn wyznaczonego z widm Kβ1,3 XES i pomiarów magnetycznych przeliczony z momentu efektywnego przy założeniu, że moment orbitalny

Kostrzewski, Rola węglika krzemu w procesie wytwarzania żeliwa sferoidalnego z wykorzystaniem pieca indukcyjnego Rozklad wydzieleń grafitu dla zeliwa GJS 400-15 4_1..

W pierwszym etapie części doświadczalnej przeprowadzono badanie wpływu parametrów modyfikatora: rodzaju nanocząstek i rozpuszczalnika organicznego, wielkości nanocząstek