Первые результаты работы горного комбайна Wirtgen 2500 SM на сланцевом карьере KIVIQ.I (Эстония)

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH
 Ю.Б. Панкевич, к.т.н., эксперт фирмы Wirtgen International GmbH
Д.В. Николаев, зам.начальника карьера

В конце апреля 2006 г. на карьере KIVIQI начала реализовываться тонкослоевая, безвзрывная технология горных работ с использованием горного комбайна Wirtgen Surface Miner модели Wirtgen 2500 SM.

Переходу на новую технологию горных работ предшествовали проведенные в октябре 2004 г. на этом карьере опытно-промышленные работы с использованием комбайна модели 2200 SM (см. «Горная Промышленность» №5,2004), которые позволили установить принципиальную возможность и целесообразность разработки комбайнами Wirtgen Surface Miner полезной толщи, представленной переслаивающимися тонкими пачками кондиционных и некондиционных горючих сланцев, а также тонкими слоями известняка (рис. 1). По результатам опытных работ руководством предприятия было принято решение о приобретении более мощной модели комбайна (2500 SM), которая позволяла бы за один проход отрабатывать пачку известняка C/D (двойная плита) с получением качественного щебня.


Комбайн модели 2500 SM поступил на предприятие в середине апреля 2006 г., был собран и запущен в работу 27 апреля.

Первоначально горный комбайн Wirtgen 2500 SM был установлен на площадку-забой слоя известняка G/H, расположенную в центральной части карьера. Работы велись на всю мощность слоя (0.23 м) при рабочей скорости 5-7 м/мин.

После удаления известняка с кровли пачки G были начаты добычные работы. Мощность слоя сланцев составляла 0.4 м, рабочая скорость комбайна достигала 20 м/мин. Было добыто 1900 т горючих сланцев. Однако, учитывая повышенную хрупкость сланца в пачке G, имело место его переизмельчение при выемке комбайном. Поэтому на сегодняшний день решено эту пачку отрабатывать гидравлическим экскаватором-обратная лопата.


Последующая работа комбайна заключалась в раздельной разработке отдельных пачек сланца или с объединением их в выемочную мощность по возможностям комбайна (макс. 0.6 м). В табл. 1 приведены первые результаты селективной разработки полезной толщи месторождения.

Хорошие результаты получены при выемке сланцев пачек Ах-А, а также при разработке в южной части карьера слоя известняков C/D - «двойной плиты». В последнем случае при мощности фрезеруемого слоя 0.35 м комбайн развивал рабочую скорость около 5 м/мин, что соответствует производительности около 600-650 т/час.

Как видно из табл. 1, в период с 27 апреля по 31 мая 2006 г. комбайном Wirtgen 2500 SM было добыто около 30 тыс. т сланцев и удалено свыше 36 тыс. т известняка, из которых 12.6 тыс. т - является товарной продукцией и реализуется в качестве заполнителя бетона.

Общий расход резцов составил 490 шт., при удельном расходе 7.4шт./1000 тонн. Расход дизельного топлива -23550 л или 0.36 л/т.

Дальнейшие работы были направлены на повышение качества и полноты выемки полезного ископаемого из недр.


В период наблюдений с 14 по 20 июня 2006 г. работы велись в центральной части карьера. Первоначально комбайном разрабатывался слой, включающий сланцы пачек D, D/E и часть Е (рис. 1), первую из которых ранее не удавалось качественно извлечь раздельно от известняка слоя СD, так называемой «двойной» плиты, обладающей повышенной крепостью. Кроме этого, для улучшения качества щебня, получаемого из пачки CD, в разрабатываемый комбайном слой сланца включался из пачки СD тонкий слой известняка (2 см), чтобы предотвратить попадание сланца в щебень. Общая толщина фрезеруемого слоя составляла 47-50 см. Исходя из производственной необходимости часть сланца отсыпалась в штабели, а часть - грузилась в автосамосвалы и отправлялась на фабрику. В добычной заходке был выделен участок длиной 130 м, который отрабатывался параллельными проходами по челноковой схеме с обратным холостым ходом. За один проход комбайн добывал около 150 м3 сланца или 280 т (средневзвешенный объемный вес составляет 1.88 т/м3). За шесть циклов было погружено 13 автосамосвалов грузоподъемностью 25 тонн. Среднее время погрузки автосамосвала составляло 4 мин.

Из общих добытых объемов (ориентировочно - 1680 т) 325 т погружено в автосамосвалы прямой погрузкой и отправлено на фабрику (фото 1). Остальной добытый сланец был отсыпан в штабель. Рабочая скорость комбайна составляла всего 2-2.5 м/мин.

Фрезерование осуществлялось в тяжелом режиме.

Анализ использования рабочего времени показал, что около 59% занимало время фрезерования. Время на маневры составило 8.7%, время ожидания автосамосвалов - 4.8%, время на замену резцов - около 24%.

Следующим шагом являлось изучение эксплуатационных параметров работы комбайна при разработке пачек сланца А и Ах, которые ранее (до применения комбайна) несмотря на высокие значения теплоты сгорания относились к некондиционным. Общая мощность полезной толщи двух пачек - 20-21 см. Для добычи этих пачек сланца необходимо удаление пачки известняка мощностью 18-20 см, расположенной в кровле пачки Ах.

Добычная заходка отрабатывается блоками на всю ширину параллельными проходами длиной 210 м. Первоначально с одной-двух полос известняк удаляется с погрузкой в автотранспорт и затем добывается сланец.


В образовавшееся выработанное пространство комбайном через собственную конвейерную систему с ближайших четырех полос начинает перемещаться известняк с отсыпкой в один штабель (фото 2).

Затем во вскрытых полосах начинаются добычные работы. Объемы одной полосы известняка составляют около 250 т, сланца - 170 т. Указанные работы велись комбайном на скорости 15 м/мин и по времени занимали 15.3-15.85 мин. В конце каждого прохода комбайн разворачивался, наезжал на забой смежной полосы и производил фрезерование в обратном направлении. Время на разворот в среднем занимало около 4 мин. Таким образом, производительность комбайна при зачистке кровли пласта А1 может составить около 750 т/час.

При длине прохода 210 м комбайн осуществлял погрузку восьми автосамосвалов, при средней длине прохода за время погрузки одного самосвала - около 26 м. Время погрузки автосамосвала в среднем составляло 3.48 мин. (3.3-3.85 мин.). Первые три цикла выполнялись одним автосамосвалом и последний четвертый - двумя . В результате простои комбайна были очень велики, достигая в среднем 50% времени разработки блока. При выполнении четвертого цикла простои комбайна снизились почти вдвое.


Время фрезерования и погрузки автотранспорта составило около 39%, тогда как простои комбайна составляли около 50%.

В этих условиях при обеспечении комбайна тремя-четырьмя автосамосвалами можно было резко сократить простои и довести техническую производительность комбайна на добыче сланца пачек А1 и А до 300-310 т/час.

Следующим блоком, который отрабатывался комбайном, был блок, выбранный в центральной части карьера на кровле известняка пачки C/D, мощностью 0.37-0.41 м. Длина блока 154 м.

В этой же части карьера в 2004 г. проводились опытные работы с комбайном модели 2200 SM. Здесь известняк представлен весьма крепкими разностями, особенно в кровле (80-100 МПа), и характеризуется изменчивостью прочностных свойств как по площади, так и по мощности пласта (50-60 МПа), в чем убедились в ходе его разработки.

Разработку известняка пачки C/D комбайном начали вдоль рабочего борта с погрузкой отфрезерованного материала на автосамосвалы. Уже при осуществлении первого прохода было установлено, что фрезерование происходит в очень тяжелом режиме. Для улучшения условий фрезерования по крепким породам было принято решение уменьшить ширину фрезерования, опустив переднюю ходовую тележку вниз на кровлю отработанной ранее полосы (фото 3).

Тем не менее, как показывают результаты хронометража, фрезерование в этом районе карьерного поля велось в очень тяжелом режиме. Рабочая скорость комбайна не превышала 0.6-0.7 м/мин, а производительность составляла около 100 т/час. При отработке двух полос объемом известняка 260 м3 было заменено 38 резцов при расходе 5.9 шт./1000 т.

За один наблюдаемый цикл, который осуществлялся на длине 154 м и длился свыше 4 часов, было погружено 8 автосамосвалов грузоподъемностью 25 т. Время погрузки автосамосвала изменялось от 9.4 до 20 мин., составляя в среднем 15.4 мин. С комбайном работало 2 автосамосвала. Значительный разброс данных времени погрузки автосамосвалов, по мнению операторов, объясняется пересечением хода комбайна различных по прочности участков. Об этом свидетельствуют зафиксированные различные эксплуатационные параметры работы комбайна в южной и центральной частях карьера, а также результаты опытно-промышленных работ 2004 г.

Выводы

Первые результаты реализации тонкослоевой, безвзрывной технологии горных работ с использованием карьерного комбайна Wirtgen Surface Miner модели 2500 SM подтвердили выводы, сделанные в 2004 г. после проведения опытно-промышленных работ с комбайном модели 2200 SM, о возможности повышения качества и полноты выемки полезного ископаемого из недр.

Вовлечены в разработку пачки сланца, которые, при традиционной технологии, относились к некондиционным.

Установлена возможность получения дополнительного количества высококачественного заполнителя в бетон и его реализации.

Учитывая значительную изменчивость известняка «двойной плиты» по прочностным характеристикам как по вертикали, так и по простиранию карьерного поля, на наш взгляд необходимо его районирование, с выделением участков, пригодных к реализации в соответствии с требованиями промышленности.

Журнал "Горная Промышленность" №3 2006