Selecting a variant to allocate a plant producing shotcrete while implementing method of “wet” pneumatic concrete placing in Orlovskaia mine

Abstract

Purpose. Mining and geological conditions are complicated due to the decreased level of mining within deposits of West Kazakhstan. It results in significant increase in the amount of metal framed support which cannot always provide safety of mine workings. The problem may be solved by transition from heavy and labour-intensive in mounting metal special shape framed supports to the cheaper and more easily erected reinforced shotcrete with reinforced frames. “Dry” method of shotcrete application, used currently in Orlovskaia mine, can provide neither high quality nor the required amounts of pneumatic concrete placing; in this context, “wet” method makes it possible to support rock mass at a high mechanization level, and development of premium durable pavement. Thus, in the context of Orlovskaia mine it is required to solve the problems concerning selection of efficient schemes to deliver shotcrete mixtures or their components and to determine optimum location for a plant, producing shotcrete from the viewpoint of minimization of expenditures connected with shotcrete support. Methods. Calculations, determining the required shotcrete amounts to support mine workings, technological capacity of a plant to produce shotcrete as well as self-propelled mixers, have been performed. Basic production facilities for shotcrete operations have been selected. Three variants to allocate a plant for shotcrete manufacturing within Orlovskaia mine have been considered. The discounted net cash flows have been compared ignoring sales of the finished product of Orlovskaia mine in terms of the available and the proposed methods to support mine workings for the period of 2016 – 2025. Findings. Relying upon laboratory tests, carried out in Kazzink LLP as well as BASF and Normet Companies, efficient compositions of shotcrete mixtures, providing preparation of shotcrete mixture of the required quality in terms of minimal binder consumption have been identified. It has been recommended to use 3.5 m3 mining machine UnimecMF500 Transmixer by Normet Company as a mixture to deliver shotcrete; self-propelled equipment MeycoME-3 (theoretical output is up to 20 m3/h) by AtlasCоpcо Company has been proposed to apply “wet” shotcrete. Use of underground 15 m3/h mobile plant on stands or on trailer of Normet Company has been substantiated to be mounted in a small-cross chamber with cement bulk storage or in big bags. Schemes to allocate concrete mixing plant have been developed for specific conditions of Orlovskaia mine. Originality. Specific features of potential variants to allocate a plant, producing shotcrete to support mine workings in terms of Orlovskaia mine, have been identified from technological and economic viewpoints. Practical implications. Economic expediency of a process line intended to support mine workings in Orlovskaia mine using a “wet” shotcrete has been developed and substantiated.

Мета. У зв’язку зі зниженням рівня гірничих робіт на родовищах східного Казахстану ускладнюються гірничо-геологічні умови. Наслідком цього є значне зростання обсягів металевого рамного кріплення, яке не завжди гарантує збереження гірничих виробок. Вихід з ситуації, що склалася – це перехід від важких і трудомістких в установці металевих рамних кріплень зі спецпрофілю до дешевшого та технологічно більш легшеспоруджуваного армованого торкретбетону з армокаркасів. “Сухий” метод нанесення торкретбетону, що на сьогодні застосовується на Орловській шахті, не забезпечує високу якість та необхідні обсяги торкретування, при цьому технологія “мокрого” торкретбетонування дозволяє здійснювати роботи з кріплення гірського масиву з високим ступенем механізації і створенням високоякісного, довговічного покриття. У зв’язку з цим для умов Орловської шахти необхідно вирішити питання вибору раціональних схем транспортування торкретбетонної суміші або матеріалів для її приготування, визначити оптимальне місце розташування заводу із приготування торкретбетону з точки зору мінімізації витрат на торкретбетонне кріплення. Методика. Проведено розрахунок необхідного обсягу торкретбетону для кріплення виробок, технічної продуктивності заводу з виробництва торкретбетону, самохідних міксерів. Проведено вибір основного технологічного обладнання для виробництва торкретбетонних робіт. Розглянуто три варіанти розміщення заводу з виробництва торкретбетону на Орловській шахті. Проведено порівняння дисконтованих чистих потоків реальних грошей без урахування реалізації товарної продукції на Орловській шахті при існуючій технології кріплення гірничих виробок та тій, що пропонується на період 2016 – 2025 рр. Результати. На підставі проведених лабораторних випробувань в ТОО “Казцинк”, компаніях “BASF” і “Normet” визначені раціональні склади торкретбетонної суміші, що забезпечують отримання торкретбетонної суміші необхідної якості при мінімальних витратах в’яжучого. Рекомендовано в якості міксера для доставки торкретбетону застосовувати гірничо-шахтну машину Unimec MF500 Transmixer ємністю 3.5м3 фірми “Nоrmet”, а в якості обладнання для напилення “мокрого” торкретбетону – самохідну установку для торкретирування Meyco ME-3 теоретичною продуктивністю 20 м3/год компанії “Atlas Cоpcо”. Обґрунтовано використання підземної мобільної установки продуктивністю 15 м3/год на стійках або на причепі фірми “Nоrmet” для установки в камері малого перетину зі складом цементу в мішках біг-бег. Розроблено схеми розміщення бетонозмішувальної установки для конкретних умов Орловської шахти. Наукова новизна. Встановлено особливості можливих варіантів розміщення заводу з виробництва торкретбетону для кріплення гірничих виробок для умов Орловської шахти з технологічної та економічної точок зору. Практична значимість. Розроблено й обґрунтовано економічну доцільність технологічної лінії виробництва робіт щодо кріплення гірничих виробок “мокрим” торкретбетоном на Орловській шахті.

Цель. В связи с понижением уровня горных работ на месторождениях восточного Казахстана осложняются горно-геологические условия. Следствием этого является значительный рост объемов металлического рамного крепления, которое не всегда гарантирует сохранность горных выработок. Выход из сложившейся ситуации – это переход от тяжелых и трудоемких в установке металлических рамных крепей из спецпрофиля к более дешевому и технологически более легковозводимому армированному торкретбетону с армокаркасами. Применяемый в настоящее время на Орловской шахте “сухой” метод нанесения торкретбетона не обеспечивает высокое качество и необходимые объемы торкретирования, при этом технология “мокрого” торкретбетонирования позволяет производить работы по креплению горного массива с высокой степенью механизации и созданием высококачественного, долговечного покрытия. В связи с этим для условий Орловской шахты необходимо решить вопросы выбора рациональных схем транспортирования торкретбетонной смеси или материалов для ее приготовления, определить оптимальное место расположения завода по приготовлению торкретбетона с точки зрения минимизации затрат на торкретбетонное крепление. Методика. Проведен расчет необходимого объема торкретбетона для крепления выработок, технической производительности завода по производству торкретбетона, самоходных миксеров. Проведен выбор основного технологического оборудования для производства торкретбетонных работ. Рассмотрены три варианта размещения завода по производству торкретбетона на Орловской шахте. Проведено сравнение дисконтированных чистых потоков реальных денег без учета реализации товарной продукции на Орловской шахте при существующей и предлагаемой технологиях крепления горных выработок на период 2016 – 2025 гг. Результаты. На основании проведенных лабораторных испытаний в ТОО “Казцинк”, компаниях “BASF” и “Normet” определены рациональные составы торкретбетонной смеси, обеспечивающие получение торкретбетонной смеси требуемого качества при минимальном расходе вяжущего. Рекомендовано в качестве миксера для доставки торкретбетона применять горно-шахтную машину Unimec MF500 Transmixer емкостью 3.5 м3 фирмы “Nоrmet”, а в качестве оборудования для напыления “мокрого” торкретбетона – самоходную установку для торкретирования Meyco ME-3 теоретической производительнстью 20 м3/ч компании “Atlas Cоpcо”. Обосновано использование подземной мобильной установки производительностью 15 м3/ч на стойках или на прицепе фирмы “Nоrmet” для установки в камере малого сечения со складом цемента в мешках биг-бэг. Разработаны схемы размещения бетоносмесительной установки для конкретных условий Орловской шахты. Научная новизна. Установлены особенности возможных вариантов размещения завода по производству торкретбетона для крепления горных выработок для условий Орловской шахты с технологической и экономической точек зрения. Практическая значимость. Разработана и обоснована экономическая целесообразность технологической линии производства работ по креплению горных выработок “мокрым” торкретбетоном на Орловской шахте.