Применение инновационных комбайновых резцов в шахтах

С.А.Прокопенко, В.С.Лудзиш

Механизированные технологии проведения подземных горных выработок и добычи угля основаны на отбойке горной массы от нетронутого массива горно-режущим инструментом, установленным на исполнительных органах проходческих и очистных комбайнов. В настоящее время шахтам Кузбасса предлагается горно-режущий инструмент ряда отечественных и зарубежных поставщиков. Резцы предлагаются различных конструкций и размеров, разного качества и по разным ценам. Такое разнообразие предложения затрудняет шахтам осуществление правильного выбора резцов, что ведет к перерасходу и неэффективному использованию денежных средств.

Затруднения обусловлены и еще двумя причинами: излишней детализацией ассортимента резцов и отсутствием критерия их конкурентоспособности. Естественно стремление производителя шахтного комбайна к получению после его продажи дополнительных денежных средств покупателя в эксплуатационный период машины. Отсюда мы имеем в Кузбассе ситуацию, когда даже в одном классе каждая марка комбайна оснащается только для него пригодными резцами. Отсутствие взаимозаменяемости резцов комбайнов разных марок сопровождается необходимостью приобретения и хранения на складах шахт большого ассортимента резцов, а при неожиданном повышении расхода одной из позиций и исчерпании запаса может вести к непредвиденным простоям комбайна. При этом непригодность к взаимной замене резцов происходит от разницы в диаметре хвостовика, его длине, конструкции крепления... Решений по унификации резцов и упрощению процесса эксплуатации резцов в шахтах до сих пор не предлагалось.Универсальные резцы РГП многоразового применения на шахтных комбайнах

Универсальные резцы РГП многоразового применения на шахтных комбайнах

Отсутствие у производственных и снабженческих служб шахт критерия и методики оценки конкурентоспособности резцов ведет к тому, что выбор поставщика осуществляется на основе второстепенных показателей или субъективных оценок. В основу выбора принимаются или минимальная цена предложения резцов, или качественные субъективные оценки рабочих («...эти резцы получше будут»!), или выполненные инженерами расчёты среднего выхода горной массы на резец, или расход резцов на 1000 т горной массы...

Следствием подобного подхода стали ошибочные решения, сопровождающиеся многократной переплатой денег. Так одна из шахт Кузбасса в начале 2010 года провела тендер и выбрала поставщика резцов по наименьшей цене предложения. Через пять месяцев пользования резцами выяснилось, что ресурс для комбайнов шахты был выбран наихудший из всех предложенных, и она потратила денег вдвое больше, чем можно было потратить на отбойку того же объема горной массы другими, более качественными, хотя и более дорогими резцами.

Установившийся объём использования комбайновых резцов в шахтах Кузбасса характеризуется высоким уровнем образующихся металлических отходов. В соответствии с инструкциями по технической эксплуатации резец на комбайне используется до стадии износа твёрдосплавного элемента, после чего подлежит демонтажу с исполнительного органа и замене новым резцом. Участок размещения твердосплавного элемента составляет около 20% от массы всей державки. На практике резцы снимают с комбайна изношенными на 20–30%, а при позднем обнаружении – и с большим износом. Затем изношенный резец просто отправляется в металлические отходы, так как их дальнейшее использование шахтами не налажено. Были попытки организации сдачи изношенных резцов на восстановление, на переплавку, но они не увенчались успехом. В результате, получается, что для отбойки горной массы используется 20–30% изделия, а 70–80% (!) – идет в отходы, контроль за которыми не организован вообще. Если учесть, что при вытачивании резца отходы составляют до 35–40% от массы заготовки, то, как показывает расчёт, полезно для отбойки горных пород используется лишь 12–19% от всей массы потраченного на резец металла. Порядка 81–88% массы исходного металла, используемого для производства резцов, уходит в отходы, а это высококачественная дорогостоящая сталь с высоким уровнем обработки. Нередко в отходы попадают и практически неизношенные резцы, выпадающие из резцедержателей в процессе работы комбайна вследствие ненадёжности применяемого крепления. Таким образом, уровень «отходности» металла, используемого в процессах изготовления и эксплуатации резцов шахтных комбайнов, достигает 90%, что является крайне расточительным для современного производства. Требуется коренное изменение ситуации.

На разрешение представленных выше проблем направлена деятельность кемеровского научно-производственного предприятия «Сибирские горнопромышленники», поставившего перед собой стратегическую цель – наладить выпуск высокоресурсных и экономичных резцов на основе последних научных разработок с использованием самых передовых технологий обработки металлов. За прошедшие семь лет специалистам НПП удалось освоить выпуск резцов марки РГП, отличающихся сочетанием высокой прочности и износостойкости изделий, что обеспечило достижение эксплуатационного ресурса в 5–12 раз больше, чем у аналогичных резцов отечественных производителей.

Специалистами предприятия разработана «Методика сравнительных испытаний и оценки конкурентоспособности резцов шахтных комбайнов». Для правильного выбора резцов, различающихся по ценам, качеству, сроку службы предложен показатель конкурентоспособности «удельные затраты», учитывающий влияние всех перечисленных выше факторов и сводящий их к одному значению, удобному для пользования. Этот показатель, отражающий величину затрат предприятия в расчёте на единицу выполненной резцом работы (результата), рассчитывается по формуле:

Зуд = Ц / М / N, руб./т (м3)

где: Ц – цена одного резца, руб.; М – масса отбитого угля (т) или объём пройденной выработки (м3) резцами контрольной партии; N – количество резцов в контрольной партии, шт.

По разработанной методике испытания резцов были проведены на комбайнах 10 шахт Кузбасса. Везде были получены положительные результаты с большим превосходством по объёму отбитой горной массы и кратным снижением затрат. В 2008 году были проведены промышленные испытания резцов в ООО «Шахта Байкаимская». Сравнивались резцы РГП и резцы ПС (Копейский машзавод). Резцы были испытаны на комбайне КП-21 при проведении вентиляционного штрека №3 и путевого ствола. Забой был представлен углем (50%) крепостью f = 1.5 и песчаником (50%) f = 6–8 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Установлено, что резцы РГП обеспечили удельный выход горной массы 11 м3/резец, что в 5.2 раза больше, чем у резцов ПС (2.1 м3/резец). Удельные затраты для резцов РГП составили 53 руб./м3 , тогда как у резцов ПС этот показатель был равен 174 руб./м3 или в 3.2 раза выше.

В январе 2010 г. испытания резцов РГП были проведены на комбайне KSW-460 в ООО «Шахтоуправление Анжерское» УК «Северный Кузбасс». Комбайн отрабатывал пласт «Румянцевский» мощностью 1.5–1.6 м с крепостью угля f = 1.3–1.5 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Промышленные испытания были проведены в сравнении с резцами РС (ООО «Кузнецкий машиностроительный завод»). Результаты показали, что у резцов РС выход угля составляет 38 т/резец, а у резцов РГП 312 т/резец (в 8 раз больше). Удельные затраты резцов РС составили 8 руб./т, а у резцов РГП – 2 руб./т.

В мае 2010г. ОАО «Шахта Заречная» провела оценку расхода горнорежущего инструмента очистным участком №1 за период январь-март 2010 г. (акт от 13.05.2010г.). На участке №1 ведётся добыча угля комбайнами МВ-12 и EL-3000. В поле анализа попали резцы РГ (ЗАО «КузГРИ»), РШ (ООО «Горный инструмент» и РГП (НПП «Сибирские горнопромышленники». Результаты анализа представлены в табл. 1.

Полученные результаты показывают, что эксплуатационный ресурс изделий РГП составил 2600 т/резец, что в 6 раз больше, чем у РШ (418 т/резец) и в 12 раз больше, чем у РГ (212 т/резец). Удельные затраты резцов РГП составили 0.4 руб./т, что в 2 раза ниже, чем у резцов РШ (0.9 руб./т) и в 4 раза ниже, чем у резцов РГ (1.5 руб./т). Позиционирование резцов наглядно показывает, что резцы РГП, несмотря на большую их цену, – самые высокоресурсные и самые экономичные (рис. 1).

Добившись ресурсного и затратного превосходства над резцами-аналогами и приобретя приверженцев марки, специалисты НПП «Сибирские горнопромышленники» приступили к разрешению следующих проблем в сфере использования резцов, обозначенных в начале статьи. Начался поиск возможности их унификации, под которой понимается рациональное сокращение числа объектов одинакового функционального назначения. После изучения конструкции резцедержателей, их размеров и форм на комбайнах разных марок была предложена новая универсальная конструкция хвостовика резца, пригодного для установки и крепления на комбайнах разных марок. Универсальность обеспечивается изготовлением на конце хвостовика ряда отверстий, перпендикулярных его оси и на определенных расстояниях от головки. После размещения в резцедержателе, на хвостовик надевают шайбу и в соответствующее отверстие устанавливают шплинт. Подбор отверстия для крепления осуществляют исходя из длины втулки резцедержателя и исключения осевого перемещения резца. Установкой нескольких шайб различной толщины выбирают люфт резца при износе втулки, предотвращая его поломку при отбойке крепкой породы. Такая конструкция хвостовика и его крепления обеспечивает универсальность резца и надежность его фиксации, гарантируя от выпадений.

Поиски решений по снижению металлоёмкости процесса отбойки горной массы привели к созданию конструкции резца РГП многоразового использования. Это достигается изготовлением головки со сменной рабочей частью по особой технологии, являющейся ноу-хау предприятия. После износа и снятия с комбайна такой резец не выбрасывается, а подвергается восстановлению. Пришедшая в негодность рабочая часть головки заменяется новой, после чего резец становится пригодным к следующему циклу использования. Ожидается, что державка и часть головки, составляющие 70–80% общей массы резца и сегодня выбрасываемые в отходы, будут служить на многоразовом резце РГП 3–5 циклов и более.

Стоимость восстановленного резца составит 50% от первоначальной, что повышает его экономичность вдвое по сравнению с уже достигнутой. Если у нынешнего цельного одноразового резца РГП удельные затраты в два раза меньше, чем у резца РШ и в четыре раза меньше, чем у резца РГ, то для многоразового резца РГП эти значения удвоятся и составят четыре и восемь раз соответственно.

Опытные образцы универсальных резцов многоразового применения (см. фото) получили маркировку РГП 32-70/16УМ, где 32 – диаметр хвостовика, мм; 70 – длина головки, мм; 16 – диаметр твердосплавной вставки, мм; У – универсальный; М – многоразовый.

Такой резец РГП заменяет собой целую линейку изделий, необходимых сегодня для комбайнов КП-21, KSW-460, ПS110, МВ12, К-500. Как следствие, уменьшается количество позиций закупаемых шахтой резцов, упрощается работа снабженческой службы, снижаются необходимые запасы резцов на складах шахт, уменьшается вероятность остановки перечисленных выше комбайнов из-за отсутствия нужных резцов... Переход на оснащение комбайнов таким изделием обеспечивает снижение уровня «отходности» металла в процессе «изготовления и использования резцов» с нынешних 90% до 18% при пяти циклах и до 9% – при десяти циклах использования резца.Рис. 1 Позиционирование резцов РГ, РШ и РГП в координатах «ценаBресурсBудельные затраты»

Опытные образцы разработанных многоразовых резцов испытаны в шахтах Кузбасса. Испытания первого резца были проведены ООО «Сибшахторудстрой» на комбайне КП-21 (заводской номер 49) в условиях ООО «Шахта Осинниковская» в июне 2011г. Комбайн применяется при проведении по пласту Е-1 мощностью m= 1.7 м промежуточного штрека и вентиляционного уклона сечением S = 19 м2. Состав горной массы забоев: уголь – 40%, крепостью f = 1.0 и порода (алевролит) – 60%, крепостью f = 4.0–5.0 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Резец был установлен во второй ряд короны комбайна 07.06.2011 г. За 2 месяца испытаний комбайн прошел 130 погонных метра выработки и отбил 2470 м3 горной массы. Ежесуточный контроль состояния резца участковым механиком показал, что резец функционировал нормально, износ его происходил медленно, сменная часть головки изнашивалась равномерно. За этот период времени на короне комбайна было заменено порядка 40 резцов РС. Через два месяца эксплуатации резец с равномерным износом головки на 30–35% был неожиданно утерян, вероятно, вследствие износа шплинта и несвоевременной его замены машинистом комбайна. Тем не менее, испытания показали хорошую надёжность конструкции и высокую работоспособность изделия.

Второй опытный образец резца РГП 25-67-63/16М в настоящее время успешно проходит испытания на комбайне ГПКС в ООО «Шахта №12» в г. Киселёвске. Резец установлен 20.08.2011 г. машинистом комбайна К.А. Козловым в первый ряд короны. Комбайн проходит выработку по угольному пласту «Мощный» крепостью f =1.3–1.5 по шкале проф. М.М. Протодьяконова и с прослойками колчедана. На момент передачи статьи в редакцию резец отработал больше месяца. Комбайн за это время прошёл порядка 120 погонных метра выработки. По оценке машиниста, износ резца крайне незначителен (практически ещё равен нулю). Стоит задача – оценить количество циклов возможного использования этого резца. Сменные части головок изготовлены и будут обновляться по мере их износа.

Технико-экономическая оценка возможности и экономичности подземной угледобычи с использованием инновационных резцов выполнена для условий ОАО «Шахта Заречная». В 2010 году это предприятие, добыв 5 млн т угля в год, израсходовало на проходческих и добычных комбайнах 17.8 тыс. шт. резцов (табл. 2). При этом основная работа по отбойке горной массы была выполнена с применением малоэффективных резцов РГ и РШ!

Полученный опыт и расчёты показывают, что выбор резцов по предлагаемой методике и переход шахты на использование одноразовых резцов РГП с цельной головкой сократит общий их расход до 2.4 тыс. шт., то есть в 7.4 раза.Табл. 2 Оценка экономической эффективности использования резцов в ОАО «Шахта Заречная» (по итогам 2010 года)

Количество металла, доставляемого рабочими в забои, уменьшится с нынешних 25–27 т до 3.6 т. Суммарное время, необходимое для замены изношенных резцов на комбайнах, можно будет сократить на 253 часа в год (на 10.5 суток), что открывает дополнительный его резерв для повышения производительности работы выемочных и проходческих машин. Годовые расходы на закупку резцов снизятся в 2.2 раза – с 5.1 млн руб. до 2.3 млн руб., экономия средств составляет 2.8 млн руб./год. Применение многоразовых резцов РГП позволит сократить затраты по этой статье еще в 2 раза от уже достигнутого уровня.

Предлагаемые инновационные конструкции резцов позволят шахтам Кузбасса существенно повысить экономику и техническую культуру угледобычи, снизить трудоёмкость и затраты на отбойку горной массы и радикально поднять уровень ресурсосбережения. Разработанная методика испытания и оценки конкурентоспособности шахтных резцов даёт возможность устранить наблюдаемую на шахтах проблему правильного выбора эффективных изделий. Предлагаемые инновации могут найти применение также и на угольных шахтах Хакасии, Воркуты, Донбасса, соляных шахтах Урала, рудниках Якутии и т.д.

Контактная информация:
тел./факс: (3842) 345670, email: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2012, стр.56