ЗАО «Машиностроительный Холдинг»: Модернизация бурового станка БП-100С в условиях ОАО «ГайскийГОК»

В.В. Люханов, директор ЗАО «Машино-строительный Холдинг», С.Б. Алферов, директор по продажам ЗАО «Машиностроительный Холдинг»

ЗАО «Машиностроительный Холдинг» (ЗАО «МХ») основано в 2003 г. в Екатеринбурге на базе научно-исследовательского института горного машиностроения ОАО «НИПИГОРМАШ». За относительно короткий промежуток времени специалистами ЗАО «МХ» внедрено в серийное производство множество моделей бурового оборудования. Быстрое освоение серийного производства широкого ассортимента продукции напрямую связано с основным приоритетом компании ЗАО «МХ», с её ориентированностью на конечного потребителя и получение от него обратной связи о работе производимого оборудования для постоянного совершенствования изделий.

Неоднократно мы убеждались, что установленный диалог с горнодобывающими предприятиями способствует не только появлению новых видов горного оборудования и улучшению качества изделий, а также оказывает положительное влияние на совершенствование горных технологий.

036 1

Сотрудничество специалистов ЗАО «МХ» и ОАО «Гайский ГОК» началось в 2004 г. За это время совместными усилиями проведено множество опытных, промышленных, сравнительных испытаний разных видов бурового оборудования. По результатам проведенной работы десятки изделий от экспериментальных моделей доведены до промышленного применения и эксплуатируются не только в условиях ОАО «Гайский ГОК», а также на многих горнодобывающих предприятиях России и зарубежья.

Совокупность таких факторов как горно-геологические условия, технологические особенности, а также масштабность ведения горных работ, делают ОАО «Гайский ГОК» своего рода уникальным полигоном для проверки надежности любого современного горного оборудования.

Сложность горно-геологических условий обусловлена тем, что руда представлена на 80% из сплошных руд с высокой степенью абразивности, крепостью ƒ=14–16 по шкале проф. М.М. Протодьяконова, а также значительной трещиноватостью, которая варьирует от, средней до высокой степени.

Что касается технологических особенностей, то в ОАО «Гайский ГОК» применяется множество современных, передовых технологий. Одними из первых в ОАО «Гайский ГОК» была внедрена схема добычи полезных ископаемых комбинированным способом, когда выемка руды ведется одновременно открытым и подземным способами в одной вертикальной плоскости. Впервые в стране на открытом руднике ОАО «Гайский ГОК» было применено наклонное бурение взрывных скважин, что позволило улучшить дробление руды. В ОАО «Гайский ГОК» внедрена циклично-поточная технология добычи руды, пока единственная в России. Циклично-поточная технология (очистной забой – порузодоставочная машина – конвейер – скиповой подъем), позволяет значительно сократить время и затраты на транспортировку руды. К примечательным технологическим особенностям также относится этажно-камерная разработка подземного рудника (ПР) «Гайский ГОК» с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями и другие.

Под масштабностью ведения горных работ мы подразумеваем, значительное увеличение производительности добычи полезных ископаемых за относительно короткий промежуток времени, а также освоение глубоких и сверхглубоких горизонтов. В настоящее время на подземном руднике проходческие работы ведутся на горизонтах 670–1070 м, ведется углубка двух шахтных стволов, а также строительство одного нового.№3 (109) 2013

В пост перестроечный период проектная мощность ПР «Гайский ГОК» составляла 3,5 млн т руды в год. В 1999 году ОАО «Гайский ГОК» вошел в состав ОАО «УГМК» («УГМКХолдинг») и становится основной сырьевой площадкой холдинга. В соответствии с программой перспективного развития ПР «Гайский ГОК» уже в настоящее время добывает 5,6 млн т руды в год, добыча всего комбината с открытыми месторождениями составляет 7,6 млн т руды в год. В дальнейшем предстоит увеличение объемов добычи руды только подземным способом до 7 млн т в год. Прирост добычи будет обеспечиваться как раз за счет разработки глубоких и сверхглубоких горизонтов.

Стремительное увеличение производительности добычи полезных ископаемых повлекло наращивание всех производственных мощностей, от расширения парка горношахтного оборудования до обновления обогатительного производства. Технологической модернизации подверглось и буровое оборудование.

Ранее для подготовки камер к очистной выемке полезных ископаемых бурение скважин в условиях ПР «Гайский ГОК» в основном осуществляли буровыми станками НКР-100МА. Для увеличения производительности буровзрывных работ были приобретены самоходные гидроперфораторные станки импортного производства. Но данный вид оборудования не решает всех проблем при производстве очистных работ, т.к. являются высокопроизводительным буровым оборудованием только в определенном сегменте диаметров и глубин скважин, в сложных горно-геологических условиях эксплуатируются в основном при бурении восходящих скважин.

С мощностью перфоратора 30–40 кВт требуют значительные размеры горных выработок. Постоянная проходка, обслуживание и эксплуатация выработок большого сечения – задача совсем непростая. Также существенными недостатками импортных гидроперфораторных станков являются: существенные отклонения буримых скважин; высокая себестоимость бурения; значительная (!) энергоемкость оборудования; значительная (!) масса (20–22 т); значительные (!) затраты на приобретение импортного оборудования, обслуживание, расходные материалы и комплектующие.

При эксплуатации импортных гидроперфораторных станков очистного бурения и пневмоударных буровых станков переносного типа НКР-100 складывалась парадоксальная ситуация: на ПР «Гайский ГОК» ранее были пройдены около 120 км выработок сечением 9–12 м2, предназначенных в т.ч. и для осуществления буровзрывных работ. Однако эти выработки из-за малых размеров не могут использоваться для эксплуатации импортных гидроперфоратонрых станков очистного бурения. А в выработках сечением 16–20 м2 для бурения взрывных и технологических скважин (закладочных, водоперепускных, компенсационных, вентиляционных и т.д.), – невозможно использовать станки переносного типа НКР-100. Конечно, горные специалисты нашли выход – для уменьшения высоты выработок начали подсыпать скальную породу для установки распорных колонок буровых станков переносного типа в выработках большого сечения.

К сожалению, эти мероприятия не способствовали увеличению производительности буровых работ, наоборот – только усугубляли ситуацию. Дело в том, что при высоком темпе добычи полезных ископаемых, массовая отбойка руды в ПР «Гайский ГОК» стала производиться еженедельно, т.е. раз в неделю все буровое оборудование необходимо было выводить за пределы взрываемых камер. А если у вас несколько смен уходит на подсыпку, доставку, установку и настройку оборудования, не говоря уже об аварийных ситуациях, ведь они не редкость в сложных горных условиях или элементарной поломки оборудования, то рано или поздно производственный ритм начинает давать сбой. Начинает не хватать времени для качественной подготовки очистных камер.

Некачественное или несвоевременное бурение взрывных и технологических скважин приводит к самым разным последствиям: к необрушенному горному массиву, повышенному выходу негабаритов, к снижению вентиляционного проветривания камер, к сложностям подведения коммуникаций, и т.д. Как в любом поточном производственном процессе технологический сбой, разрыв одного звена неминуемо отражается на производительности всей технологической цепочки.

Для решения данных вопросов были проведены совместные технические совещания специалистов ЗАО «МХ», института горного машиностроения ОАО «Нипигормаш», ОАО «Гайский ГОК», а также ОАО «Учалинский ГОК». Специалисты ОАО «Учалинского ГОКа» также испытывали аналогичные трудности, их знания и опыт внесли существенный вклад в создание универсального самоходного бурового станка БПL100С.

В ходе совещаний были согласованны технические параметры, требования на разработку и изготовление самоходного бурового станка БПL100С, который мог бы эксплуатироваться в выработках разного сечения от 9 до 20 м2; обладал бы расширенными функциональными возможностями пневмоударного бурения, в том числе по диаметрам, глубине и точности скважин. При этом мог-бы осуществлять перевозку вспомогательного оборудования, штанг, инструмента и другого.

Все конструктивно-технические решения были подтверждены промышленными испытаниями бурового станка БПL100С проведенными в ОАО «Гайский ГОК» и ОАО «Учалинский ГОК», после чего буровая установка была рекомендована в серийное производство. В ходе серийной эксплуатации станка выявились значительные возможности для его совершенствования. Было принято решение провести модернизацию станка, которая структурировалась на 5 основных этапов. Поэтапное внедрение инноваций в первую очередь связано с утвержденными в ЗАО «МХ» технологическими регламентами о внесении изменений в конструкцию буровых машин. Согласно которым каждый элемент модернизации проходит многоступенчатые лабораторно-заводские испытания, вводятся коррективы, затем проводятся испытания в промышленных условиях и только после получения положительных результатов испытаний инновационные решения допускаются на стадию серийного производства.036 3

Этапы модернизации бурового станка БП"100С

Буровой станок БПL100С предназначен для бурения взрывных, разгрузочных, закладочных и других технических скважин диаметром 110–160 мм в породах крепостью ƒ=6–18 по шкале проф. М.М. Протодьяконова в условиях подземных рудников и шахт.

I этап (2008 г.): Буровой станок с возможностью бурения кругового веера в наклонных плоскостях.

• Габаритные размеры горной выработки:

  • минимальные – 2,7M2,7 м;
  • максимальные – 4,1M4,1 м (4,5M4,5 м с удлиненными упорами).

• Направление бурения: круговой веер в вертикальной и наклонной плоскостях (от –20° – 0° – до +20°), а так же горизонтальная скважина вдоль продольной оси станка (высота от почвы – 1,5–1,7м)

• Привод маслостанции: пневматический двигатель ДАР-14М. Станок имеет возможность передвигаться и бурить скважины, расположенные на расстоянии 40 м, равном длине подводящего от шахтной сети рукава. Давление воздуха 4–6 бар.

• Ходовая часть: на каждом борту один гидромотор и цепная передача между передним и задними колесами. Скорость передвижения 1,5 км/ч.

• Податчик: вращатель с планетарным редуктором и цепная пневматическая подача бурового става. Приводы – пневмодвигатели ДАР-14М. Давление воздуха 4–6 бар.

• Бурение: погружные пневмоударники, работающие от шахтной сети. Давление воздуха 4–6 бар.

• Подача воды: шахтная сеть давлением 6–12 бар.

• Фиксация станка: гидродомкраты, гидроцилиндры верхнего распора стойки. II этап (2011 г.): Установка механизма параллельного перемещения податчика.

Преимущества модернизированного станка:

  • Возможность бурения серии скважин на расстоянии 1,6 м без переустановки станка.
  • Возможность бурить компенсационную щель при проходке восстающего буровзрывным способом.
  • Расширить возможности бурения без изменения габаритных размеров станка.

Параллельное перемещение податчика значительно расширяет возможности буровзрывных работ. Необязательно устанавливать буровой станок строго по центру выработки, даже приближенный к одному из бортов, он сможет отбурить полный веер скважин 360°, параллельные вертикальные и наклонные скважины. Также сохранились все функциональные возможности предыдущей версии станка в том числе: бурение скважин в наклонных плоскостях (от –20° – 0° – до +20°), надвигание податчика на скважину (ход 800 мм) и др. Параллельное перемещение податчика позволило существенно снизить трудоемкость буровых работ и, в первую очередь, при производстве восстающих выработок.

Основное предназначение восстающих выработок – создать компенсационное пространство для первоначальной отбойки камеры. Также восстающие выработки используют для перемещения через них руды, так называемые рудоспуски, или подачи через них с близлежащих горизонтов коммуникаций (вентиляции, сжатого воздуха, электро-кабелей, водоснабжения и т.д.) Размеры восстающих выработок колеблются в зависимости от требований проектной документации: 2M2 м; 2,5M2,5 м; 3M3 м и т.д., протяженность – от 20 до 80 м, в некоторых случаях 100–200 м. Одним из наиболее эффективных способов проходки восстающих выработок считается метод секционной отбойки.

Наиболее сложно проходить секционной отбойкой восстающие выработки, имеющие тупиковые забои без выхода на близлежащий горизонт, из-за чего невозможно проверить качество пробуренных скважин и соответственно прогнозировать желаемый результат. Чтобы провести качественную отбойку забоя в восстающей выработке, необходима точность, относительная параллельность взрываемых скважин, а также качественно подготовленное компенсационное пространство. Лучшим компенсационным пространством считается щелевое, оно позволяет максимально эффективно использовать энергию взрывной волны и проходить восстающие выработки с наименьшим количеством этапов.036 4

Рис. 1 Технологические возможности станка БП100С

1. Бурение параллельных наклонных скважин
2. Бурение параллельных вертикальных скважин
3. Веерное и кольцевое бурение

Основными факторами, влияющими на качество любых скважин, в том числе на производство компенсации в виде щели, являются горно-геологические условия и технологические требования горного производства. Чтобы максимально учесть горно-геологические и технологические особенности, специалистами ЗАО «МХ» и ОАО «Гайский ГОК» разработана методика бурения компенсационных скважин с помощью параллельного перемещения податчика бурового станка БПL100С, включающая два этапа:

I этап: Определение минимального шага при бурении компенсационных скважин.

Бурение пилотных скважин и дальнейшее их расширение производится с переменным уменьшающимся шагом. Схема предлагаемых скважин показана на рис. 2. На этом этапе опытным путем необходимо определить под конкретные условия эксплуатации возможность бурения параллельных скважин максимально приближенных друг к другу без риска возникновения аварийных ситуаций.036 8

Рис. 2 Схема I этапа: бурение пилотных скважин №1–№7 диаметром 110 мм, расширенных скважин №8–№14 диаметром 220 мм

II этап: Бурение параллельных компенсационных скважин с минимальным шагом.

На данном этапе необходимо произвести бурение скважин с минимально возможным постоянным шагом t. Количество скважин и шаг t (рис. 3) устанавливаются, на основе опытных данных, полученных на первом этапе, конкретных горно-геологических условий и технологических требований (крепость, трещиноватость пород, глубина скважин, направление бурения и т.д.). Как и на I этапе для анализа данных необходимо фиксировать результаты бурения.036 7

Рис. 3 Схема бурения (II этап)

III этап (2012 г.): Установка дизельного двигателя для переезда.

  • Привод основной маслостанции от дизельного двигателя Lister Petter (25 л/с).
  • Привод вспомогательной маслостанции от ДАР-5М Преимущества модернизированного станка:
  • Полная автономность и мобильность бурового станка. • Повышенная маневренность и проходимость.
  • Увеличение максимальной скорости до 4,5 км/ч.
  • Возможность осуществлять вспомогательные операции как от дизельного двигателя, так и от шахтной сети сжатого воздуха.
  • Установка четырех ведущих мотор-колес позволила убрать цепную передачу между передними и задними колесами, что повысило надежность и эксплуатационные характеристики ходовой части.

IV этап (2013 г.): Бурениe скважин при высоком давлении сжатого воздуха.

  • Бурение: погружными пневмоударниками, работающими от дожимного компрессора, при давлении воздуха до 24 бар.
  • Податчик: работа пневмоприводов от шахтной сети 4–6 бар.
  • Подача воды: дожимной водяной насос, минимальное давление 25 бар.
  • Фиксация станка: добавлены распоры на податчик.

Преимущества модернизированного станка:

  • Использование сжатого воздуха высокого давления увеличивает производительность бурения в 4 раза.
  • Введение распоров на податчике увеличивает надежность фиксации буровой штанги, что повышает точность бурения скважин и разгружает механизмы станка.
  • Модернизация проведена с минимальными изменениями базовой конструкции станка, а габаритные размеры остались неизменны.

Характеристики дожимного прицепного компрессора:

Входящее давление (шахтная сеть) . . . . . . . . . . . . . . 5–6 бар

Максимальное рабочее давление . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 бар

Максимальная подача воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . 20 м3/мин

Мощность электродвигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 кВт

Габаритные размеры:

- длина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3730 мм

- ширина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1450 мм

- высота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1910 мм

V этап (2013 г.): Внедрение гидравлического податчика

  • Дизельный двигатель для переезда станка: Lister Petter или Caterpillar (мощность до 30 кВт).
  • Привод маслостанции: электрический двигатель (15 кВт).
  • Кабельный барабан (длина кабеля 60 м).
  • Податчик: вращатель с одноступенчатым редуктором и с гидромотором, подача бурового става – от гидроцилиндра.
  • Бурение: погружные пневмоударники, работающие от дожимного компрессора (24 бар) или от автономного компрессора (14 бар)
  • Подача воды: дожимной водяной насос, минимальное давление 25 бар.

Фиксация станка: гидродомкраты, гидроцилиндры верхнего распора стойки, распоры на податчике.036 6

Преимущества модернизированного станка:

  • Использование сжатого воздуха высокого давления увеличивает производительность бурения:
  • с дожимным компрессором – в 4 раза.
  • с автономным компрессором – в 2–2,5 раза.
  • Внедрение электрической маслостанции снижает потребление сжатого воздуха. В случае использования автономного компрессора – шахтная сеть сжатого воздуха не требуется.

Автономный прицепной компрессор имеет рабочие характеристики: максимальное рабочее давление – 14 бар; максимальная подача воздуха – 13 м3/мин.

В настоящее время первые три этапа модернизации бурового станка БПL100С прошли успешно. С 2013 г. стандартная комплектация станка будет включать все утвержденные изменения: дизельный двигатель – для мобильного перемещения по горным выработкам; параллельное перемещение податчика – для расширенных возможностей бурения; приводом хода будут служить установленные на каждое колесо гидромоторы со встроенными тормозами и другое.

Этапы модернизации проведены таким образом, что основные конструктивные элементы, подвергающиеся научным исследованиям, по согласованию с ОАО «Гайский ГОК» добавлялись в один из серийных станков, и совместно со специалистами ЗАО «МХ» проводились промышленные испытания.

В итоге удалось существенно сократить продолжительность промышленных испытаний, а также максимально и без дополнительных затрат адаптировать под технические требования горных предприятий буровое оборудование.

Попутно были решены множество разных специфических вопросов, которые существенно облегчают работу машинистов буровых установок. В том числе решена задача по освещению станка от дизельного двигателя, а также по дополнительному его освещению от энергии сжатого воздуха. Благодаря этому, в сложных условиях можно не протягивать эл. кабеля для освещения рабочего места, причем в целях унификации агрегатов применен такой же генератор, как у дизельного двигателя станка. Все настроечные манипуляции станка, которые выполняются гидравлической системой, продублированы таким образом, что могут питаться как от дизельного двигателя, так и от пневматической магистрали сжатого воздуха с помощью установленного пневмодвигателя ДАР-5М на маслостанцию станка. Теперь, чтобы отрегулировать станок на бурение следующей скважины или для других настроек нет необходимости лишний раз использовать дизельный двигатель. Значительно расширен ЗИП станка, в который входят инструмент для ликвидации аварийных ситуаций, ловильные метчики разных типоразмеров, основные изнашивающие расходные материалы, переходники под разные типы пневмоударников, значительно расширен набор инструмента для обслуживания и ремонта и другое.

В 2013 г. в условиях ОАО «Гайский ГОК» будет проведен IV этап модернизации. При бурении на повышенном давлении сжатого воздуха, вырабатываемого передвижной компрессорной станцией раскроются новые возможности бурового станка БПL100С. При высоких показателях производительности бурения, станки БПL100С пневмоударного типа имеют неоспоримые преимущества перед гидроперфораторными буровыми установками импортного производства.036 10

В первую очередь, это возможность бурения более глубоких скважин с высокой точностью в любом направлении и в любых горно-геологических условиях. При существенно меньшей массе и габаритах станка, его эксплуатация позволит горнодобывающим предприятиям значительно уменьшить энергоемкость оборудования, повысить экономическую эффективность путем сокращения прямых затрат на приобретение и расходные материалы в 4–6 раза, на текущие и капитальные ремонты бурового оборудования – в 20–30 раз.

В подземных условиях горнодобывающих предприятий России и СНГ технология бурения очистных скважин пневмоударным способом при высоком давлении сжатого воздуха практически не представлена, ОАО «Гайский ГОК» – один из первых, который движется в этом направлении. Если провести аналогию с буровзрывными работами на поверхности, то мы увидим, что пневмоударные станки, работающие при высоком давлении сжатого воздуха, за относительно короткое время зарекомендовали себя, прочно заняв свою нишу, и в их эффективности уже никто не сомневается. По нашему мнению, и в подземных условиях данный вид бурового оборудования востребован и его применение ожидают значительные перспективы.

www.mash-hold.ru

Ключевые слова: методы создания станков, Машиностроительный Холдинг, модернизация бурового станка, БП-100С

Журнал "Горная Промышленность" №2 2013 стр.36