Фабрики нового поколения - основа успехов углеобогатителей Кузбасса

САЗЫКИН Геннадий Петрович
Директор по обогащению углей
ЗАО «Гипроуголь» (г. Новосибирск),
канд. техн. наук

ДАВЫДОВ Михаил Владимирович
Учёный секретарь ФГУП «ИОТТ» (г. Москва),
канд. техн. наук

Существенным достижением в углеобогащении в последнее десятилетие являются созданные институтом ЗАО «Гипроуголь», начиная с 2000г., высокопроизводительные и эффективные углеобогатительные предприятия принципиально нового типа, с надежными условиями эксплуатации, высокой экологической безопасностью и низкой трудоемкостью строительства. В качестве убедительного тому подтверждения рассмотрим инновационные процессы в области углеобогащения, происходящие в последние годы в одном из успешно развивающихся угольных регионов — Кузбассе.
 Сегодня в Кузбассе работают 28 углеперерабатывающих фабрик, из которых 9 — новые построены по проектам «Гипроугль»: «Антоновская», годовой мощностью 3 млн т; «Распадская» — 10,5 млн; «Северная» — 3 млн; «Спутник» — 2,4 млн; «Междуреченская» — 3 млн; «Листвяжная» — 6 млн; «Бачатская-Энергетическая» —2,5 млн; «Бачатская-Коксовая» — 3 млн; ОФ разреза «Красногорский» — 1,5 млн т.
 Все фабрики работают устойчиво и превышают проектную мощность на 20-30% за счет оптимальных проектных решений, что обеспечивает стабильную работу предприятий до 7200 часов в год вместо нормативных 6000 часов, а часовую производительность осваивают за 2-3 месяца после сдачи в эксплуатацию.
Первенцем среди фабрик нового поколения является ОФ «Антоновская»
 На этом предприятии успешно сочетается комплекс инновационных решений в технологии, компоновке, инженерном обеспечении, строительной части, в организации проектирования и строительства. В результате ОФ «Антоновская» стала точкой отсчета для углеобогатительных фабрик нового поколения. Фабрика эксплуатируется с 2001г., постоянно наращивает объемы переработки, сохраняя нормативное качество товарной продукции, на фабрике создан высоко профессиональный коллектив.
 Обогатительное предприятие должно быть оптимально минимизированным, т.е. все решения технологические и компоновочные должны быть рациональными, простыми или, если можно перефразировать известную заповедь обогатителей, —    «не дробить и не мочить ничего лишнего» — не создавать дополнительных проблем самим себе.
 В этом плане очень показательно важное оригинальное решение, примененное на ОФ «Антоновская» — сухая классификация на грохотах «Ливелл» с выделением низкозольного класса 0-3мм. Этот прием значительно упростил технологическую схему:
 — отпала необходимость применять флотацию, при этом выход
и качество концентрата в целом по фабрике полностью соответствуют требованиям потребителей;
 — нет необходимости применять дорогой и небезопасный
процесс — термическую сушку продуктов обогащения;
 — отпала необходимость сооружения и содержания гидроотвалов;
 — в связи с отсутствием сушки и сопутствующей ей                пересушенной угольной «микроники» на предприятии по существу нет
проблем с запыленностью тракта концентрата, включая погрузку
угля в железнодорожные полувагоны.
 Сухая классификация по 3мм впервые в Кузбассе была реализована на ЦОФ «Абашевская», и нужно отдать должное коллективу фабрики, который в трудных стесненных условиях действующего предприятия доказал работоспособность этой операции в части существенного снижения нагрузки на водно-шламовую схему, включая флотацию. Кстати, на этой же фабрике впервые в Кузбассе были установлены спиральные сепараторы из Германии для обогащения класса 0,2-1,5мм для уменьшения потерь.
 Конечно, в решении этого вопроса все зависит от качества рядового угля. Так, например, на только что введенной в эксплуатацию ОФ «Бачатская-Коксовая» схема принята классическая с применением тяжелых сред и флотации во флотомашинах «Вемко», фабрика построена институтом «Гипроуголь» как генподрядчиком совместно с ОК «Сибшахтострой».
Напольные укрытые склады для рядовых углей и товарной продукции
 Наиболее существенным инновационным решением по обогатительным фабрикам являются напольные укрытые склады для рядовых углей и товарной продукции, разработанные институтом «Гипроуголь». За семь лет построено 11 напольных укрытых угольных складов емкостью от 15 до 30 тыс. т. При этом необходимо отметить, что эти сооружения не такие уж и дешевые в строительстве, но их преимущества по сравнению с силосами и бункерами различных конструкций очевидны, и прежде всего это касается вопросов безопасности.
 Практика эксплуатации аккумулирующих бункеров и силосов для рядовых углей и продуктов обогащения на большинстве технологических комплексов шахт и обогатительных фабриках выявила ряд недостатков этих сооружений.
 1.  Из-за значительной стоимости строительства емкости бункеров и силосов, как правило, принимались минимальные, и
предприятия, особенно центральные фабрики, испытывают постоянный дефицит свободных емкостей как для рядовых углей,
так и для товарной продукции.
 2. Большинству углей сопутствует метан, который накапливается в верхней части емкостей, что вынуждает осуществлять
постоянный контроль за его содержанием, обеспечивать вентиляцию и аварийную вентиляцию, что порождает значительную потерю тепла в зимний период.
 3. Для бункеров и силосов, имеющих пирамидальные и конусные разгрузочные воронки характерно сводообразование и
«зависание» угля, особенно, когда его влажность повышенная,
либо уголь смерзшийся. Имеют место случаи, когда «забученные»
зимой бункера остаются до весны, а потом отогреваются паром.
Производственная практика показывает, что системы пневмообрушения, вибраторы, цепные решетки оказались не очень надежными. Эти проблемы в основном решаются с помощью ручного труда, что приводит к многочасовым простоям.
 4. Строительная часть бункеров и силосов требует постоянного
сложного и дорогостоящего ремонта в условиях обеспечения безопасности производства, опасного по газу и пыли. Практически
для капитального ремонта одного силоса требуется 10-12 мес.
 Уголь с напольного склада забирается качающимися либо ленточными питателями. В принципе склад самотечно-буль-дозерный, зона самотечности зависит от влажности угля, так называемые «мертвые» зоны зачищаются напольной техникой, это можно считать недостатком, но зато практически полностью ликвидирован ручной труд.
 Отсутствуют проблемы с метаном, поскольку склад хорошо естественно проветривается, обеспечивая безопасные условия эксплуатации, но в то же время склад укрытый, что предотвращает загрязнение пылью окружающей природной среды.
 Конструктивно склад очень прост и не требует затрат на содержание строительной части.
 Очень важная деталь — возможен абсолютный визуальный контроль за строительной частью, посторонними предметами, заполнением склада углем.
 Конечно, хотелось бы иметь 100% механизации склада без напольной техники, но выпускаемые зарубежными и отечественными заводами механизированные комплексы для складов очень дороги и не очень вписываются в идею укрытого склада, поскольку полезный объем при укрытии такого склада составляет 20-25%, а это предопределяет очень большую стоимость строительной части.
Конвейерные галереи с подвесным конвейером
 Необходимо отметить, что на современной обогатительной фабрике конвейеров меньше в 2-3 раза, чем на старых. Конвейерный транспорт на углеобогатительных фабриках является неотъемлемой частью технологического комплекса. Чем сложнее комплекс углеприема и углеподготовки, складское хозяйство, чем труднее обогатимость углей, тем больше конвейерных галерей необходимо установить. Строительство и эксплуатация старых традиционных конвейерных галерей сопряжено со следующими значительными трудностями:
 — конструктивно пролетные строения — фермы при строительстве сопряжены со значительным объемом ручного труда,
поскольку при устройстве полов и стен необходимо многократно
«обхватывать» утеплителем и бетоном узлы ферм, а это не гарантирует качество работы;
 — отдельные элементы металлических конструкций находятся
в разных температурных режимах с перепадом температуры в
зимний период 50-60°С, что способствует образованию «мости
ков холода», конденсата и коррозии;
 — узлы металлических ферм, находящиеся в зоне бетонного пола на высоте 300-400мм, интенсивно коррозируют, как показал опыт ремонта галереи на фабриках «Абашевская», «Беловская», «Сибирь», несущая способность ферм за 25-30 лет теряется более чем на 50%;
 — наличие в интереьере галерей большого количества элементов ферм и опорных строек ленточных конвейеров значительно усложняет влажную уборку, которая определена «Правилами безопасности при обогащении и брекитировании углей (сланцев)»;
 — через стойки конвейеров на конструкцию пола передаётся постоянная вибрационная нагрузка при работающем конвейере, бетон постепенно разрушается, в трещины проникает вода, зимой замерзает и «рвёт» бетон.

С целью ликвидации недостатков традиционных галерей на ОФ «Антоновская» институтом «Гипроуголь» приняты арочные галереи с подвесными ленточными конвейерами. Семилетний опыт эксплуатации подтверждает правильность выбранных решений.
 Арочные галереи состоят из следующих основных элементов: опорные металлические пролётные балки различной длины согласно проекту; керамзитобетонные лотки различной ширины, соответствующей ширине конвейера металлический арочный каркас, устанавливаемый с шагом 3 метра на лотки, для подвески конвейеров, труб отопления и т.п.; металлическая трехслойная панель арочной конфигурации с окнами, устанавливаемая на лотки.
 Все элементы галерей готовятся в заводских условиях, а на месте монтажа осуществляется их сварка. Семилетний опыт эксплуатации арочных галерей с подвесными конвейерами на ОФ «Антоновская» подтверждает целесообразность их применения в угольной промышленности.
 Необходимо отметить, что расход воды на мокрую уборку (которая необходима по ПБ05-580-03) значительно меньше, чем в традиционных галереях.
 Применение галерей арочного типа позволяет ускорять темпы строительства, поскольку, во-первых, заказ на заводах конструкций галерей (лотки, арки) может осуществляться в любое удобное для заказчика и подрядчика время, даже до начала разработки рабочей документации. Во-вторых, при строительстве арочных галерей практически ведутся только монтажные работы, т.е. работы с высоким качеством и производительностью труда.


Особое внимание следует уделять обогащению энергетических углей
 
 Из девяти сданных в эксплуатацию после 2001г. углеобогатительных фабрик Кузбасса по проектам института «Гипроуголь» — четыре предназначены для обогащения энергетических углей: ОФ «Бачатская-Энергетическая» (годовой мощностью 2,5 млн т); ОФ разреза Красногорский (1,5 млн т); ОФ «Междуреченская» (3 млн т); ОФ «Листвяжная» (6 млн т). Наибольший интерес представляют ОФ «Междуреченская» и ОФ «Листвяжная»(6 млн. т).
 Обогатительная фабрика «Междуреченская» ОАО «Сибуглемет» находится в эксплуатации с 2006г. Сегодня уже можно оценить реальную эффективность этого сложного проекта, уровень принятых технических решений. Проект строительства фабрики уникален, поскольку в нем успешно решена задача последовательного обогащения четырех групп углей с различной категорией обогатимости: коксующихся углей марок КС и ОС, энергетических углей марки Т и антрацитов. Такая задача на крупной фабрике была решена впервые.
 Кроме того, необходимо отметить, что фабрика размещена на террасах действующей промплощадки разреза «Междуреченский», что повлияло на компоновочные решения технологического комплекса, но, тем не менее, комплекс прост и надежен.
 Основными оригинальными решениями, заложенными в проекте фабрики, по нашему мнению, являются:
 — доставка рядового угля с разреза «Междуреченский» осуществляется помарочно автосамосвалами грузоподъемностью 120,180 т на открытые склады емкостью 80тыс. т, расположенные на верхней террасе промплощадки фабрики;
 — углеподготовка включает в себя двухстадийное дробление
в щековых дробилках российского производства для снижения
крупности угля с 1500 до 150мм и демпферные бункера емкостью 400 т для обеспечения равномерной нагрузки на главный корпус;
 — оборудование для обогащения углей и осветления оборотной воды размещено в одном корпусе пролетом 30м, оборудованном мостовыми кранами; наружных гидросооружений нет, кроме очистных сооружений ливневых и паводковых стоков;
 — складирование товарной продукции производится в укрытом напольном складе емкостью 28тыс. т;
 — погрузка готовой продукции в железнодорожные полувагоны с узлом классификации принята на двух путях. Погрузочный
пункт оборудован весами и катками для укатывания «шапки»
угля мелких классов.
 На фабрике установлено как российское, так и зарубежное оборудование в таком сочетании, которое позволило создать высокопроизводительный комплекс с минимальным влиянием на окружающую природную среду (нет термической сушки и гидроотвалов).
 Различное качество четырех марок углей, поступающих на обогащение, предопределило принятие гибкой схемы, позволяющей перерабатывать угли различной категории обогатимости и при этом получать товарную продукцию заданного качества. При переработке энергетических углей и антрацитов в целях снижения потерь горючего вещества в схеме фабрики для шламов применяется операция двухстадийного разделения в высоконапорных гидроциклонах малого диаметра — 360 и 150мм. Слив гидроциклонов второй стадии после сгущения и дополнительного обезвоживания на ленточных фильтр-прессах отгружается по гибкой схеме в отходы или в промпродукт либо вывозится автотранспортом как самостоятельный продукт.
 В то же время для «тонких» шламов коксующихся углей предусмотрена операция флотации. При флотации всего необходимого объема шламов потери высококачественного и дорогостоящего коксового концентрата практически сводятся к минимуму, что позволяет улучшить экономические показатели работы фабрики.
 Для обезвоживания флотационного концентрата используются фильтры под давлением (гипербарфильтры) австрийской фирмы «Andritz».
 На углеобогатительных фабриках России впервые гипербар-фильтр площадью 120 м2 был установлен на ЦОФ «Кузбасская» для обезвоживания тонких угольных шламов. На момент проектирования и строительства обогатительной фабрики «Междуреченская» на ЦОФ «Кузбасская» был накоплен достаточный положительный опыт эксплуатации данного аппарата, и можно было смело рекомендовать его к установке на новой фабрике. На ОФ «Междуреченская» в соответствии с проектом установлены два агрегата площадью по 96м2 каждый.
 Несмотря на кажущуюся сложность эксплуатации гипербарфильтра, персонал обогатительной фабрики «Междуреченская», обладающий достаточной производственной культурой, успешно справляется с его управлением. Налицо стабильные технологические показатели гипербарфильтра: производительность 30 т/ч по «сухому», влажность обезвоженного материала — 19-21 %. Двухлетний опыт эксплуатации показывает, что на данный момент гипербарфильтр является самым эффективным аппаратом для обезвоживания флотоконцентрата без потерь, при этом содержание твердого в оборотной воде фабрики минимально. Один гипербарфильтр обеспечивает существенный дополнительный выход концентрата, затраты на его установку окупаются практически за 1 год.
 К профессиональному празднику «День шахтера» в августе 2007г. введена в эксплуатацию ОФ «Листвяжная» ОАО «Белон». Предприятие предназначено для переработки 6 млн т энергетических углей марки Д одноименной шахты. ОФ «Листвяжная» построена с учетом лучших традиций отечественного опыта углеобогащения: получение максимального выхода товарной продукции при минимальных потерях горючей массы; комфортные условия труда для специалистов; отсутствие термической сушки и наружных гидросооружений; галереи арочного типа с подвесными ленточными конвейерами; укрытые склады товарной продукции; автоматизированная система управления технологическим процессом; достаточный запас прочности предприятия как 8 системе ПТС, так и в технологии.
 Долевое участие импортного оборудования, поставленного фирмой «КХД Гумбольд-Ведаг», в капитальных затратах составляет около 10%, а в затратах на оборудование — 30%, т.е. 70% — это оборудование российского производства. За первые три месяца работы коллектив фабрики практически освоил технологию и вышел на проектную часовую производительность.
 Технологическая схема и компоновка ОФ уникальны по простоте и надежности, что очень важно для предприятий, обогащающих энергетические угли. Достаточно сказать, что качество концентрата обеспечивает одна отсадочная машина «Батак», а водно-шламовая схема «разгружена» от тонких шламов грохотами «Ливелл», которые выделяют класс 0-6 в «сухом» виде, и ленточными фильтр-прессами «Андритц». Фабрика «Листвяжная» выпускает сортовой концентрат класса 13-50мм с зольностью 3,7% и два вида концентрата класса 0 – 13 мм с зольностью 6% и 10% соответственно.
 В настоящее время фабрики проектируются и строятся очень оперативно — за 11-16 мес, при этом многие виды проектных и строительных работ выполняются параллельно. Тем не менее проекты строительства обогатительных фабрик целесообразно заказывать заблаговременно с учетом процедуры рассмотрения в Главгосэкспертизе, что позволит заранее определить стоимость строительства, планировать инвестиции, своевременно определять поставщиков оборудования, более детально подойти ко всем аспектам будущего предприятия, включая и внешний облик. Основное внимание при этом необходимо уделять глубокому и обстоятельному исследованию сырьевых баз.
  Необходимо отметить, что обогатительные фабрики нового поколения существенно отличаются от фабрик 1960-х годов, так, например, если сравнить ОФ «Антоновскую» с аналогичными по мощности предприятиями, то позитивными моментами в пользу объектов нового строительства являются: численность трудящихся—меньше в 2 раза; расход тепла на отопление и вентиляцию—меньше в 3 раза; расход электроэнергии на 1 т обогащаемого угля — меньше в 2 раза.
 С учетом состояния строительной части, инженерных коммуникаций износа основного технологического и транспортного оборудования фабрики, построенные более 50 лет тому назад, вряд ли целесообразно реконструировать, а тем более продолжать эксплуатировать, конечно, бывают и исключения, например, ЦОФ «Беловская».
 Располагая данными по основным угледобывающим регионам мира (Австралия, США, ЮАР) и особенно с суровым климатом (Канада, Китай), необходимо отметить, что российские обогатительные фабрики нового поколения ни в чем не уступают зарубежным, а по условиям труда, безопасности производства и минимальному воздействию на природу превосходят.
 Строительство новых фабрик сегодня сдерживает рост цен, и это понятно, так, строительство ОФ «Антоновская» в ценах 1999г. обошлось приблизительно в 500 млн руб., но эта же фабрика в ценах I кв. 2009 г. — 2,2 млрд руб. — в 5! раз дороже (расчеты выполнены согласно индексам, Кемеровского РЦЦС).

Журнал «УГОЛЬ» №2 2009