Полностью мобильный дробильный комплекс для крупных карьеров

Полностью мобильный дробильный комплекс на гусеничном ходу для крупных карьеров и разрезов

Врамках приоритетного научно-исследовательского и опытно-конструкторского проекта, начатого в 2006 г.

инженерами компании «ТиссенКрупп Фёрдертехник», была разработана концепция полностью мобильного дробильного комплекса для разрезов и карьеров большой производственной мощности. Новизна концепции заключается в передвижении комплекса вслед за подвиганием экскаватора а забое и обеспечение этим самым гибкости и мобильности всей выемочно-транспортной системы. В сочетании с непрерывно работающими конвейерами, мобильный дробильный комплекс позволяет отказаться от необходимого, при альтернативной экскаваторно-автотранспортной схеме, парка большегрузных карьерных самосвалов.

Применение технологии поточной выемки, в сравнении с цикличной технологией, позволяет сегодня добиться не только более высоких экономических результатов, что находит выражение в повышении производительности угольных и рудных карьеров, но также благодаря сокращению выбросов СО2, является и более экологически чистым способом добычи полезных ископаемых. В рамках межотраслевой кооперации с компанией «ТиссенКрупп Стил» разработчики изучили возможности применения высокопрочных сортов стали, а также специальных износостойких материалов, что позволит увеличить срок службы рабочих органов основной горной и транспортной техники.

Введение

Возможность осуществления непрерывно-поточного процесса добычи полезных ископаемых определяется, в основном, физико-механическими свойствами разрабатываемых горных пород. При разработке легких, несвязных и рыхлых грунтов поточная технология, основанная на применении в забоях роторных экскаваторов, создает преимущество, обеспечивающее непрерывную экскавацию и последующую транспортировку материала по системе ленточных конвейеров. Чтобы получить возможность организации такой же непрерывной добычи твердых и абразивных материалов, например, различных мономинералов, руд и каменных углей, были разработаны дробильные комплексы, измельчающие горную массу и перегружающие ее на непрерывно работающие ленточные конвейеры.

Дробильные комплексы могут быть выполнены в стационарном (чаще всего на бетонных фундаментах) либо в полумобильном исполнении на стальных конструкциях. Обычно через довольно большие промежутки времени полумобильные дробильные комплексы разбирают на отдельные модули и перемещают (с помощью многоколесных или гусеничных тягачей) в новое место карьерного пространства.

При цикличнопоточной технологии предварительно взорванная горная масса (вскрышные породы и полезные ископаемые) загружается одноковшовыми экскаваторами в большегрузные самосвалы, которые транспортируют ее к дробильному комплексу.

Целью нового проекта, выполненного специалистами компании «ТиссенКрупп Фёрдертехник», был полный отказ от использования на плече «забой-дробилка»большегрузных самосвалов и обеспечение перегрузки экскавируемой в забое горной массы, после её дробления, на непрерывно работающую конвейерную систему. Эта цель была достигнута реализацией новаторских идей, заложенных в полностью мобильном дробильном комплексе на гусеничном ходу (фото 1).

Фото 1 Полностью мобильный дробильный комплекс для уголь ного разреза (Китай)

Фото 1 Полностью мобильный дробильный комплекс для угольного разреза (Китай)

Теперь, благодаря измельчению горной массы в таком комплексе, располагаемым непосредственно в призабойном пространстве до кондиций конвейерного транспорта, стала возможна её экономичная непрерывная транспортировка.

Применение усовершенствованных конструкционных материалов «ТиссенКрупп Стил» Уже на ранней стадии разработки проекта были исследованы возможности совершенствования полностью мобильных комплексов для открытой разработки месторождений, в том числе и за счет применения новейших конструкционных материалов компании «ТиссенКрупп Стил».

Существенное преимущество по заметному уменьшению собственной массы тяжелых конструкций и узлов горных машин достигается применением высоколегированных мелкозернистых конструкционных сталей. Современный подход в разрешении проблемы снижения массы несущих стальных конструкций заключается в использовании сталей повышенной прочности. Ноу-хау компании «ТиссенКрупп Стил», а также обмен опытом с компанией «ТиссенКрупп Марине Системс», позволили применить такие конструкционные стали в различных элементах конструкций, массо-габаритные размеры которых не связаны с требованиями обязательного обеспечения усталостной прочности (например, элементы гусеничного хода).

При экскавации и транспортировании крепких и абразивных горных пород возрастают требования к износостойкости элементов конструкции горной и транспортной техники. В соответствии с требованиями для защиты элементов конструкции от абразивного износа, возникающего в результате непосредственного постоянного их контакта с добываемым материалом должны применяться спецстали повышенной стойкости к истирающему износу. У полностью мобильного дробильного комплекса к типичным зонам, где проявляется повышенный ударный и истирающий износы, относятся приемный бункер, желоба и другие части, направляющие горную массу на конвейерные тракты. При создании полностью мобильного дробильного комплекса для угольного разреза в Китае были использованы спецстали, и заказчик убедился на практике в высокой износостойкости, в частности, специальной конструкционной стали XAR®400 (фото 2), которую производит компания «ТиссенКрупп Стил». Применение стали XAR®400 позволяет увеличить срок службы изнашиваемых элементов и частей конструкций машин в 2–3 раза по сравнению со стандартными конструкционными сталями.

Фото 2 Приемный бункер и борта питате ля, футерованные плитами из высокопрочной стали XAR®400

Фото 2 Приемный бункер и борта питателя, футерованные плитами из высокопрочной стали XAR®400

Выгоды эксплуатации полностью мобильных комплексов оборудования при непрерывно"поточной технологии разработки месторождений Высокий уровень эксплуатационной готовности выемочно-транспортной системы разреза Применяемая при разработке месторождения обычная технология с использованием экскаватора и автосамосвалов характеризуется невысоким коэффициентом производительного использования горного и транспортного оборудования ввиду цикличности процессов выемки, погрузки и транспортирования горной массы.

Цикличность этих процессов обуславливает простои (потери части фонда рабочего времени) экскаватора в ожидании порожнего транспорта, и транспорта – в ожидании погрузки в забое. Полностью мобильный дробильный комплекс всегда располагается в радиусе разгрузки ковша добычного или вскрышного экскаватора, а вынутая экскаваторами горная масса разгружается из ковша в приемный бункер дробильного комплекса, и после дробления до фракций, требуемых ленточными конвейерами, непрерывным потоком поступает на конвейерную систему (на сборочные, магистральные и подъемные конвейеры) карьера. Для увеличения радиуса транспортирования горной массы из забоя на магистральный (соединительный) конвейеры часто используются самоходные конвейерные перегружатели (фото 3).

Фото 3 Стандартный набор оборудования для цикличнопоточной технологии: экскаватор-мехлопата;  полностью мобильная дробилка; конвейерный перегружатель; конвейер

Фото 3 Стандартный набор оборудования для цикличнопоточной технологии:
экскаватор-мехлопата;  полностью мобильная дробилка; конвейерный перегружатель; конвейер

В случае перевода карьера на полностью поточную технологию с заменой всего парка самосвалов на один (единственный) дробильный комплекс, и неизбежного при этом высвобождения в забоях части одноковшовых мехлопат или гидравлических экскаваторов, они, тем не менее, могут использоваться и в дальнейшем, так как на определенных стадиях проектирования и реконструкции горных работ вместимость и высота бункера могут быть увеличены в соответствии с производительностью одного или нескольких экскаваторов, горная масса из забоев которых будет направляться на один (общий) мобильный дробильный комплекс.

Снижение эксплуатационных затрат на добычу полезного ископаемого Система непрерывно-поточной выемки вскрышных пород и полезных ископаемых в карьере (разрезе) позволяет сократить штат работающего персонала при сохранении равной производительности предприятий. В частности, для системы «дробилка-конвейер» штат рабочей смены составляет не более 3–4 человек, осуществляющих оперативное управление оборудованием. Использование же автосамосвалов для выполнения такого же объема работы потребует в несколько раз большего количества работающих. Наряду с прямой экономией заработной платы и дополнительных отчислений по заработной плате, суммарная экономия расходов дополняется еще значительно меньшими расходами на обеспечение эксплуатационной безопасности работающей техники. Во всем мире в крупных разрезах и карьерах парк автосамосвалов и другой мобильной техники, как правило, представлен разнообразными автосамосвалами, отличающимися не только фирмой-изготовителем, но и грузоподъемностью.

В результате этого, расходы на содержание склада запасных частей и поддержание неснижаемого запаса их широкой номенклатуры могут составлять довольно внушительную сумму. Напротив, полностью мобильные дробильные комплексы с системой ленточных конвейеров и перегружателей позволяют без больших затрат поддерживать стандартный объем запасных и быстро изнашиваемых частей.

Экологические преимущества применения мобильных дробильных комплексов В связи с тем, что полностью мобильные дробильные комплексы работают исключительно на электроприводах, баланс выбросов СО2 в атмосферу разреза (карьера) выглядит значительно лучше, чем при использовании автосамосвалов, работающих на дизельном топливе (в дальнейшем этот аспект будет рассмотрен на конкретных примерах).

Еще один положительный, с экологической точки зрения, эффект от применения полностью поточной технологии заключается в том, что, благодаря сокращению всего парка большегрузных самосвалов, отпадает необходимость расходования крупногабаритных шин: общая масса резины для их изготовления на 95% больше, чем на изготовление конвейерных лент для всей системы непрерывного карьерного транспорта.

Широкая линейка техники непрерывного действия Замена внутрикарьерного автомобильного транспорта на призабойном плече доставки горной массы на инновационный полностью мобильный дробильный комплекс нередко побуждает заказчика задуматься о приобретении и другой техники непрерывного действия. Компания «ТиссенКрупп Фёрдертехник» располагает обширной производственной программой по изготовлению магистральных ленточных конвейеров, широким ассортиментом оборудования для перевалки, пересыпки и складирования дробленных и природных сыпучих грузов, обогатительных установок и другого, вплоть до систем погрузки и разгрузки сыпучих грузов в железнодорожные составы, а также судовые погрузчики и разгрузчики таких грузов.

Продолжительный срок службы оборудования Отличительная особенность карьерной техники непрерывного действия заключается в довольно продолжительном сроке службы и эксплуатации комплектного оборудования. Один из многочисленных примеров: внутрикарьерная система дробления с конвейерным транспортом на поверхность медной руды месторождения Morenci в США, которая была введена в эксплуатацию в конце 1980Hх годов. Еще одним примером может служить комплект технологического оборудования для разработки открытым способом месторождения бурых углей в Рейнском бассейне, принадлежащего компании RWE (Германия).

Послепродажное обслуживание

Упомянутый выше большой срок службы систем, с одной стороны, создает однозначно положительный имидж такой техники и, с другой стороны, позволяет клиенту всегда быть уверенным в надежном и стабильном снабжении запасными и быстроизнашиваемыми частями и компонентами рабочего оборудования всех видов техники, составляющих систему непрерывно-поточной технологии открытой разработки месторождений.

Снижение затрат потребителя новой техники Эффективное использование инвестиций Уже упомянутая высокая степень эксплуатационной готовности системы непрерывного действия для открытой разработки месторождений крупными разрезами (рудными карьерами) прямо способствует эффективному использованию инвестиций. Вместе с тем, существенно повышается коэффициент производительного использования работающего в забоях выемочно-погрузочного оборудования цикличного действия (механических лопат или гидравлических экскаваторов).

Снижение эксплуатационных затрат

Существенное уменьшение текущих эксплуатационных издержек обусловлено не только резким снижением численности обслуживающего технику персонала, но и персонала для проведения мероприятий по обеспечению эксплуатационной безопасности работы людей на этой технике. Снижение расходов на изнашиваемые части, стандартизация и большая унификация запасных частей для оборудования поточной технологии добычи полезных ископаемых вместе с полным отказом от использования карьерных автосамосвалов полностью исключает влияние фактора удорожания дизельного топлива и шин. Всё это оптимизирует эксплуатационные расходы на добычу каждой тонны сырья и приводит их к высококонкурентным, а иногда и к минимальным уровням. Полностью мобильные дробильные комплексы достигают такой часовой производительности, которая возможна только при использовании большого числа большегрузных карьерных самосвалов грузоподъемностью от 140 до 350 т. В среднем, для каждого самосвала один раз в год требуется замена полного комплекта (6 штук) шин. Стоимость комплекта в зависимости от грузоподъемности автосамосвала колеблется в настоящее время в пределах 90 тыс. – 300 тыс. евро. Ситуация осложняется еще тем, что сроки выполнения заказа на поставку шин могут составлять до 2 лет.

Уровень новизны полностью мобильных дробильных комплексов компании «ТиссенКрупп Фёрдертехник»

Уровень новизны этого оборудования характеризует ряд отличительных признаков: наивысшая степень свободы дробильного комплекса в комбинации с одной единственной поворотной разгрузочной ленточной консолью; статически уравновешенная несущая конструкция, устойчивая при работе всего комплекса без дополнительной опоры и тем самым обеспечивающая полную мобильность дробильного комплекса.

Первые потребители мобильных комплексов

Осенью 2007 г. была введена в строй первая полностью мобильная дробильная система в разрезе Юимин Хе (Китай) максимальной производительностью по углю более 3500 т/ч (фото 4).

Фото 4 Первый полностью мобильный дробильный комплекс (с системой конвейеров) во время передвижения от монтажной площадки в забой разреза Юимин Хе (Китай)

Фото 4 Первый полностью мобильный дробильный комплекс (с системой конвейеров) во время передвижения от монтажной площадки в забой разреза Юимин Хе (Китай)

Справа и на заднем плане можно увидеть ленточные конвейеры и самоходный конвейерный перегружатель, которые обеспечивают дальнейшую непрерывную транспортировку добытого угля. Полностью мобильная дробильная система была введена в эксплуатацию в суровых зимних условиях китайской провинции Внутренняя Монголия и должна была доказать, что и при температуре –48°C все узлы, агрегаты и компоненты системы работают устойчиво и обеспечивают проектную производительность. В целях предотвращения налипаний угля в суровых зимних условиях в конструкцию приемного бункера из которого с помощью пластинчатого питателя уголь подается на конвейерную ленту, внесены специальные обогреваемые пластины (фото 5).

Фото 5 Бесперебойная работа экскаватора и мобильной дробильной установки с конвейером продолжается даже при температуре до –48°C (Китай)

Фото 5 Бесперебойная работа экскаватора и мобильной дробильной установки с конвейером продолжается даже при температуре до –48°C (Китай)

В ближайшем будущем компания «Крупп Канада», дочернее предприятие «ТиссенКрупп Фёрдертехник», поставит и введет в эксплуатацию еще один полностью мобильный дробильный комплекс, который будет первым в мире среди работающих на карьере нефтеносных песков.

Недавно «ТиссенКрупп Фёрдертехник» заключила контракт с другим заказчиком из Китая на поставку четырех полностью мобильных дробильных систем: три из них предназначены для переработки вскрышных пород, а одна – для переработки угля. Каждая из этих систем будет иметь номинальную производительность 6000 т/ч. Рыночный потенциал мобильных дробильных комплексов Высокий потенциал наибольшего использования непрерывно работающих дробильных систем на мировом рынке имеют, прежде всего, угледобывающие разрезы. Не в последнюю очередь экономический бум Китая и Индии оказывает влияние на растущий спрос на энергоресурсы региона Юго-Восточной Азии.

Несомненно, что хороший потенциал их эффективного использования сохраняют карьеры, отрабатывающие крупномасштабные месторождения других видов полезных ископаемых с использованием в забоях одноковшовых экскаваторов-мехлопат или гидравлических экскаваторов. В настоящее время исследуется возможность применения полностью мобильной дробильной техники в рудных карьерах, глубина которых постоянно растет. Проектирование и реализация концепции полностью мобильного дробления в таких рудниках усложняется небольшой протяженностью уступов и стесненными условиями горных работ в нижней части глубоких карьеров. Однако в случае реализации новой концепции в таких карьерах она может принести значительный экономический эффект.

Вклад в защиту окружающей среды – снижения выбросов CО2 Одновременно с разработкой концепции и технических вопросов создания полностью мобильных дробильных установок изучался природоохранный аспект их широкого применения. При этом были проведены сравнения по экологическому воздействию полностью мобильной дробильной системы и традиционной, на основе экскаваторно-автотранспортного оборудования. Результаты показали, что внедрение одного полностью мобильного дробильного комплекса может привести к снижению выбросов CО2 на 100 тыс. т в год.

Сокращение объема выбросов CО2 обеспечивается, с одной стороны, за счет существенного сокращения транспортирования карьерными самосвалами на плече «забой-бункер дробильной установки», либо за счет полного отказа от использования автотранспорта и, с другой стороны, благодаря использованию электроприводов для всех компонентов полностью поточной системы.

Например, одно лишь применение полностью мобильного дробильного комплекса в Китае в комбинации с самоходным конвейерным перегружателем и последующей конвейерной линией заменяет до 26 большегрузных карьерных самосвалов. Эти самосвалы расходуют примерно по 190 л дизельного топлива за час работы. Если исходить из неизменного объема годовой продукции и к тому же учитывать более высокую степень эксплуатационной готовности непрерывно работающей поточной системы, то получается снижение расхода дизельного топлива в объеме до 22 млн. л в год.

Отдельное положительное экологическое последствие для уже описанного производственного сценария заключается в существенно меньшей потребности в резине для изготовления конвейерной ленты (срок службы которой составляет около 8 лет), чем для комплектов шин, которые будут израсходованы автосамосвалами за этот же период. В данном случае экономия резиновой массы может составить примерно 400 т.

Заключение

Недавно разработанная новая концепция «Полностью мобильный дробильный комплекс на гусеничном ходу» уже сегодня успешно утверждается на угледобывающих карьерах всего мира.

Новизна концепции заключается в возможности нахождения этого комплекса в призабойном пространстве, на расстоянии не более радиуса разгрузки мехлопаты (или гидравлического экскаватора) и постоянного перемещения дробильного комплекса вслед за продвижением забоя экскаватора, что обеспечивает гибкость функционирования всей системы выемочно-погрузочных и транспортных работ в разрезе. В сочетании с конвейерным транспортом данный комплекс позволяет полностью отказаться от использования автомобильного транспорта, в том числе на плече доставки горной массы «забой-бункер дробилки».

Первый полностью мобильный дробильный комплекс уже почти год успешно эксплуатируется на крупнейшем угольном разрезе в Китае, работая с полной проектной мощностью с первого дня эксплуатации. Второй комплекс вскоре будет запущен на карьере по добыче нефтеносных песков в Канаде.

Кроме сокращения затрат на добычу полезного ископаемого технология разработки на основе новой полностью мобильной дробильной системы, обеспечивает также существенное снижение выбросов CО2 в окружающую атмосферу.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2009, стр.54