Применение комбайна Wirtgen Surface Miner для разработки техногенного месторождения песков

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH
А.А.Бородин, нач.отдела подземных горных работ АК «АЛРОСА»
Ю.Б.Панкевич, к.т.н., эксперт фирмы Wirtgen International GmbH
М.Ю.Панкевич, коммерческий представитель

На подземном руднике Интернациональный АК «АЛРОСА» для закладки выработанного пространства используются пески месторождения «Прикарьерное», расположенного в 9 км от рудника. Для этого разрабатываются вечномерз-лые пластообразные залежи природного месторождения абразивных тонкозернистых и глинистых песков. Влажность оттаиваемой части залежи 40-80%. Выемка песков из природного месторождения производится в летний период по оттайке, когда влажный песок из карьера доставляется и укладывается слоями в штабель на прирудничной площадке. Размеры штабелей 60 м х 250 м при высоте около 11м. С промерзанием песка в штабеле при температуре воздуха -20°С, (обычно это конец октября - середина ноября), начинается его повторная разработка, которая ведется до марта-апреля следующего года. Добываемый материал используется как составляющая закладочной смеси.

Ранее на повторной разработке штабеля песков использовался мощный рыхлительно-бульдозерный агрегат Komatsu D355. Рыхление велось в довольно тяжелых режимах, при этом образовывался очень крупнокусковой (глыбистый) материал, трудноподдающийся перемещению бульдозером. Разделка негабаритных глыб составляла отдельную проблему: требовалось много ручного труда, эффективность которого снижалась низко-температурными условиями работы.

В целях преодоления вышеотмеченных недостатков было решено провести опытно-промышленные работы по отработке штабеля песка комбайном 2600 SM-TT, созданным в 1992 г. для условий работы в Якутии и приобретенным АК «АЛРОСА» у фирмы Wirtgen (Германия). Первые же результаты показали, что технология тонкослоевой разработки штабеля песков позволяет обеспечить положительный результат в части обеспечения требуемой кусковатости закладочного материала, так как основной объем добытого из штабеля материала не требовал вторичного дробления.

К настоящему времени комбайн проработал два сезона в течение 2004-2005 гг. и 2005-2006 гг. Результаты опытно-промышленной эксплуатации комбайна представлены графиками на рис. 1 и рис. 2.



Выполненный анализ работы комбайна за два сезона показал на определенное улучшение показателей его использования. Если в сезон 2004-2005 гг. за 1461.7 машино-часа было добыто 56.15 тыс. м3, то в 2005-2006 гг. при меньшей наработке (1253.6 машино-часа) было добыто 57.7 тыс.м3. Одновременно возросла производительность комбайна с 38.4 м3/час до 46.0 м3/час.


За двухлетний период эксплуатации комбайна 2600 SMTT был выявлен ряд проблем, обусловленных работой в очень тяжелых горнотехнических условиях. Как правило, к началу разработки (октябрь-ноябрь) штабель песка представляет собой перемерзший монолит, участками неоднородный, с линзами льда и содержанием глины до 45%. Отмечен значительный износ резцов, так как резцедержатели забивались мелкофракционным песком, из-за чего резцы не проворачивались, и наступал их интенсивный, практически моментальный износ. Начались проблемы с запасными частями для рабочего органа комбайна. Они обусловлены тем, что, начиная с 2000 г., фирма Wirtgen пересмотрела типоразмерный ряд выпускаемого оборудования для горных работ и сняла с производства ряд моделей (2100 SM и 2600 SM). Мощность двигателей, используемых в новых комбайнах, значительно выросла, повысилась масса машин. Комбайны были переведены на гидромеханическую трансмиссию, что увеличило их надежность.

Все это привело к тому, что надежно, в краткие сроки (да еще и в условиях значительного роста цен на единичные экземпляры агрегатов и узлов комбайна) обеспечить запасными частями машину, выпущенную 13-14 лет назад, стало затруднительно.

На фоне вышеотмеченных обстоятельств АК «АЛРОСА» в 2006 г. обратилась на фирму Wirtgen с запросом о возможности создания в сжатые сроки комбайна для отработки песков из штабеля в условиях низких температур северо-востока России. После совместной проработки специальных опций комплектации комбайна за основу была принята базовая конструкция комбайна модели 2200 SM с рядом дополнительных устройств и агрегатов, обеспечивающих его эксплуатацию при температурах до минус 40°.

В конце 2006 г. комбайн был отгружен из Германии, и в начале февраля 2007 года, после поставки комбайна на
рудник «Интернациональный», начались шеф-монтажные работы и обучение персонала практическим навыкам работы с последующей сдачей комбайна в эксплуатацию.

На рис. 3 приведена ориентировочная схема развития горных работ (с применением комбайна Wirtgen Surface Miner) при повторной разработке штабеля песков высотой 8 м.

Как было отмечено выше, формирование штабеля осуществляется в результате послойной отсыпки влажного песка, добытого в карьере. Привезенный автосамосвалами песок высыпается на площадку, затем бульдозерами перемещается по площади штабеля, заполняя емкость штабеля слой за слоем. После промораживания штабеля поверхность площадки выравнивается: отдельные неровности, например, локальные повышения, отрабатываются комбайном с засыпкой в пониженные части рельефа. Планировка этих участков должна осуществляться бульдозером. И только после такой подготовки (выравнивания) рельефа начинается планомерная работа комбайна.

Отработка штабеля начинается проходами комбайна параллельно верхней бровки и ведется по поточной схеме (с кольцевой трассой) без специальных маневров (см. 1-9 на рис. 3). Начало работ - от точки +8 на съезде (цифрами указана последовательность проходов комбайна). Минимальный радиус, позволяющий комбайну работать по поточной технологии, составляет 23-24 м. При меньшем радиусе закругления трассы движения комбайн переходит к работе по цикличной схеме (см. 10-16 на рис. 3). Первая из них - чел-ноковая, применяется при длине фронта горных работ около 150 м. При этом после завершения рабочего прохода комбайн на транспортной скорости (около 80 м/мин) возвращается к его началу, где устанавливается на новую заходку. При большей длине рабочего прохода применима схема с разворотом комбайна на 180° в конце прохода и с фрезерованием в обратном направлении.

Первоначально были рассмотрены параметры штабеля песка по состоянию на 1.02.2007 г.: высота (в среднем) - 5.3 м; площадь поверхности около 16 тыс. м2; длина - 220-250 м, ширина 50-60 м. Фактические углы откоса штабеля изменяются от 29 до 36°, что значительно положе угла естественного откоса (45°), принятого граничным при формировании штабеля.

Учитывая, что призмы безопасности, как таковой, нет (т.к. фактические углы наклона откоса меньше, чем угол естественного откоса складируемых песков), комбайн может работать практически с максимальным приближением (до 1 м) к верхней бровке откоса уступа. Первый от бровки проход машинист вынужден выполнять осторожно и на пониженной скорости.

В период с 12 по16 февраля 2007 г. температура окружающего воздуха изменялась от -30° до -35°С. В ходе добычи песка из штабеля было проведено изучение влияния различных эксплуатационных параметров (толщины фрезеруемого слоя и рабочей скорости комбайна) на выход фракции -50 мм и количество надрешетного продукта (фракции +50 мм).

Разработка площадки-забоя осуществлялась слоями: толщиной 220; 150 и 100 мм при рабочей скорости 5 м/мин; толщиной 150 и 100 мм при рабочей скорости 10 м/мин; толщиной 100 мм при рабочей скорости 15 м/мин.

При каждом из шести замеров загрузка отбитого комбайном песка осуществлялась в два автосамосвала, которые затем разгружали песок в отдельные штабели. Материал каждого из этих штабелей пропускался через грохот с ячейками сетки 50x50. Подача песков на грохот осуществлялась колесным погрузчиком. При этом учитывалось количество ковшей, взятых из штабеля и число ковшей полученного отсева.

В табл. 1 приводятся результаты рассева песков. Анализ полученных результатов показывает, что в рассматриваемых условиях толщина фрезеруемого слоя мало влияет на выход фракций свыше 50 мм. Вместе с тем повышение рабочей скорости комбайна при фрезеровании массива в два и три раза увеличивает выход фракций свыше 50 мм, соответственно, в 1.5-2 и 2.5 раза. Таким образом, очевидно, что при разработке массива движение комбайна со скоростью около 5 м/мин, позволяет обеспечивать минимальный выход фракций свыше 50 мм. Однако, учитывая достаточно высокий выход фракций 50 мм, поиск оптимальных рабочих параметров целесообразно продолжить. Уменьшение выхода крупных фракций позволит упростить схему переработки песка, в том числе за счет исключения процесса дробления.

Вместе с тем, дальнейший выбор рабочих параметров целесообразно связать с требуемой производительностью комбайна. Так, техническая производительность комбайна при рабочей скорости около 5 м/мин и толщине фрезеруемого слоя 22; 15 и 10 см может изменяться, соответственно, от 140 до 70 м3/час.

Успешная реализация безвзрывной тонкослоевой технологии с применением комбайнов Wirtgen Surface Miner на вторичной отработке вечномерзлых песков в Якутии позволяет рассчитывать на перспективность их использования для разработки золоторудных и алмазосодержащих россыпных месторождений северо-восточных регионов России.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2007