Технико-экономическое обоснование эффективности применения карьерных экскаваторов ЭКГ-18 с реечным напором ПАО «Уралмашзавод» на угольных разрезах

К.Ю. Анистратов, д.т.н., начальник управления гидравлических экскаваторов и импортозамещающих продуктов ПАО «Уралмашзавод»

Анализ факторов, определяющих производительность карьерной электрической мехлопаты

Годовая производительность экскаватора VгодЭКГ в конкретных природно-технологических условиях определяется часовой эксплуатационной производительностью Qэксп ЭКГ, которая зависит от часовой технической производительности QтехЭКГ, коэффициента использования сменного рабочего времени Кt м, и временем работы на линии экскаватора Трл за год:

018 f1

Техническая производительность экскаватора QтехЭКГ зависит от: времени цикла Тц, (для рассматриваемого типа экскаватора ЭКГ-18 Тц = 27 с при угле поворота 90° с погрузкой в автосамосвалы), вместимости ковша экскаватора, параметров горных работ (высоты забоя, ширины рабочей площадки), плотности и прочности пород, грузоподъемности самосвала и времени их подачи под погрузку.

При эксплуатации экскаваторно-автомобильных комплексов задача управления горным производством заключается в минимизации времени внутрисменных простоев Tвсп по организационным и технологическим причинам в течение смены Тсм для обеспечения максимального времени его работы в течение смены Траб и соответственно часовой эксплуатационной производительности:

018 f2 f3

где Треж – время режимных простоев, затрачиваемое на подготовительно-заключительные операции, на личные надобности и регламентированные перерывы, прием-сдачу смены.

Время работы на линии Трл отражает техническую готовность машины реализовывать свой потенциал, находясь в эксплуатационном пространстве карьера, а также характеризует уровень организации технического сервиса, материально-технического снабжения в организационно-технологических условиях работы карьера [1].

Время работы на линии – общее количество часов работы техники за период времени t (смена, сутки, месяц, квартал, год), в течение которого оборудование находится в рабочем состоянии эксплуатационном пространстве карьера:

018 f4

где Трфп– фонд рабочего времени карьера; Ттс – время на технический сервис, включающее время на плановое техническое обслуживание и ремонты Ттор, время на устранение технических отказов (аварийные ремонты) Тар и простои по организационным причинам на ремонте Тор изза отсутствия запчастей и материалов, специального оборудования для ремонта и персонала

018 f5

Время основной работы Траб – общее количество часов работы техники за смену, в течение которого фактически используется рабочий потенциал техники.

018 f6

где Тсм – время рабочей смены; Твсп – внутрисменные простои (для самосвалов): общее время внутрисменных простоев в связи с неподготовленностью забоя, загазованностью карьера, климатическими условиями, время простоя на взрывные работы и др.

В данном анализе для расчетов принята плотность в массиве полускальных пород вскрыши 2,4 т/м3 , характерная для угольных разрезов Кузбасса. Насыпная плотность в ковше экскаватора – 1,8 т/м3. Учитывая паспортную полезную весовую нагрузку ЭКГ-18 равную 40 т, вместимость ковша составит 22 м3. Для указанных параметров теоретическая производительность ЭКГ-18 составит QтеорЭКГ = 2993 м3/ч.

Экскаватор ЭКГ-18 с ковшом 22 м3 загрузит самосвал БелАЗ-75306 грузоподъемностью 220 т за 6 циклов. При этом время погрузки одного самосвала составит 2,7 мин (162 с). При коэффициенте наполнения ковша 95% и минимальном времени обмена Тоб = 30 с (время погрузки с учетом обмена составит Тпо= 192 с) максимальная часовая техническая производительность составит 1764 м3/ч.

Графики зависимости часовой эксплуатационной производительности ЭКГ18 (22 м3) от времени обмена самосвалов при различных значениях коэффициента использования сменного времени Ксм при времени обмена 45 с

Проведенные расчеты производительности экскаватора ЭКГ-18 (22 м3) для различных организационно-технических условий, характеризующихся коэффициентом использования сменного времени Ксм и временем обмена самосвалов (в данном случае грузоподъемностью 220 т позволили установить характер влияния организационно-технологических условий эксплуатации техники на часовую эксплуатационную и соответственно годовую производительность (рис. 1, 2).

Рис. 2 Графики зависимости годовой производительности ЭКГ-18 (22 м3) от времени работы на линии при различном времени обмена самосвалов Тоб для коэффициента использования сменного времени Тсм = 0,73

При создании условий для эффективной работы экскаватора, а именно: объема подготовленной горной массы – не менее месячной производительности >750 тыс. м3, организации подачи самосвалов для двухсторонней погрузки (рис. 4),

Рис. 3 Динамика времени работы на линии ЭКГ-18 при выполнении технического обслуживания (ТО) и планово-предупредительного ремонта (ППР)

постоянной подчистке забоя и подъезда колесным бульдозером, ритмичной подачи самосвалов, оборудованных системой позиционирования и диспетчеризации, – эксплуатационная производительность составит QэкспЭКГ = 1133–1353 м3/ч при времени обмена самосвалов Тоб = 45–60 с, и времени цикла Тц= 27–31 с, Ксм- 73% (рис.4., табл. 1).

Схема организации работы экскаваторноавтомобильного комплекса при двусторонней погрузке [2]

Экскаваторы производства ПАО «Уралмашзавод» обладают высокой надежностью, обеспечивающей наработку на линии 6800–7200 ч при годовом календарном фонде времени 8760 ч (см. рис. 3). При такой наработке и QэкспЭКГ = 1133–1353 м3/ч производительность ЭКГ-18 с ковшом 22 м3 при выемке и погрузке взорванных полускальных пород с плотностью в массиве 2,4 т/м3 в автосамосвалы грузоподъемностью 220т при двухсторонней погрузке составит 7,7–9,47 млн м3/год.

018 t1

Таким образом, заложенные технические параметры карьерного экскаватора производства ПАО «Уралмашзавод» ЭКГ-18 (22 м3) с реечным напором с ковшом 22 м3, при высоком уровне организации работы экскаваторно-автомобильных комплексов в карьере и технического обслуживания карьерной техники обеспечат достижение производительности до 9,5 млн м3 взорванной горной массы в год.

Обоснование эффективности применения карьерных экскаваторов ЭКГ-18 с реечным напором ПАО «Уралмашзавод» на угольных разрезах

Анализ показателей работы гидравлических экскаваторов

На протяжении последних 10 лет на карьеры России было поставлено по нашим оценкам 1089 карьерных гидравлических экскаваторов с вместимостью ковша 4–36 м3, что является закономерным вследствие общей мировой тенденции роста доли гидравлических экскаваторов в общем объеме производства карьерных мехлопат с ковшом более 10 м3. Переход на менее металлоёмкие, энерговооруженные гидравлические экскаваторы, колесные погрузчики, роботизированные горные машины с гибридным приводом стал мировой тенденцией при общем увеличении единичной мощности карьерной техники [3, 4].

Отечественные горнодобывающие предприятия за 15 лет применения гидравлических экскаваторов накопили опыт их эксплуатации, определив область их применения. Иностранные фирмы-производители создали развитую сеть технического сервиса, которая обеспечивает высокую надежность работы гидравлических экскаваторов при соблюдении горными предприятиями регламентов ТО и Р, формируя тем самым предпосылки для устойчивого спроса на свои продукты.

Зарубежные карьерные гидравлические экскаваторы рассматриваются горнодобывающими предприятиями при разработке планов техперевооружения карьеров и при разработке новых месторождений как альтернатив отечественным канатным экскаваторам.

Гидравлические экскаваторы имеют технологическую область применения на карьерах, где канатные мехлопаты, несмотря на низкие эксплуатационные затраты, применяться не могут: на выемке угля из крутопадающих пластов, селективной выемке тонких горизонтальных и пологопадающих пластов, отработке вскрыши на контактах с пластами угля, на экскавации вскрыши при необходимости автономной работы из-за отсутствия электроэнергии, при работе в обводненных условиях и др.

Теперь уже многолетняя практика работы гидравлических экскаваторов на рудных карьерах со скальными породами (Мурунтау, Карельский окатыш, предприятия КМА) и угольных разрезах показала, что суммарные затраты на владение гидравлическими экскаваторами (затраты на приобретение, эксплуатацию, технический сервис, а также капитальные затраты на создание инфраструктуры для их технического сервиса) для достижения сравнимых с канатными экскаваторами показателей надежности) в 1,5–2,5 раза больше [5–7].

Для карьерных гидравлических экскаваторов, как и для большинства гидрофицированных горных машин, характерна динамика изменения надежности, отличающаяся от канатных мехлопат резким снижением часов технической готовности после пятого года эксплуатации (>30 тыс. ч). Это обусловлено их конструктивными особенностями и заложенной идеологией обеспечения конкурентоспособности с канатными экскаваторами, что и определяет их область экономически эффективного применения.Динамика времени работы на линии парка карьерных гид равлических экскаваторов угледобывающего предприятия в течение срока эксплуатации, построенная на основании данных о коэффициентах использования (КИ) гидравличес ких экскаваторов с различным сроком эксплуатации

На рис. 5 представлена диаграмма изменения коэффициента использования гидравлических экскаваторов в течение срока эксплуатации, которая построена на основании данных о фактически достигнутых коэффициентах использования парка гидравлических экскаваторов с различным сроком эксплуатации на крупных угледобывающих предприятиях.

Уменьшение времени работы на линии гидравлических экскаваторов с увеличением срока эксплуатации определяет падение годовой производительности экскаваторов, рис. 6, что обусловлено увеличением аварийности и необходимости увеличения времени нахождения в ремонте экскаваторов с увеличением срока их службы.Изменение годовой производительности экскаватора Komatsu РС4000 с ковшом 22 м3 в течение расчетного срока службы 10 лет в соответствии с динамикой изменения времени работы на линии, принятой для расчета

Анализ расходов на ТО и Р гидравлических экскаваторов показывает существенный рост удельных затрат в связи с увеличивающимся потоком отказов, преимущественно гидравлического, рабочего и ходового оборудования (даже при соблюдении регламента ППР на замену основных узлов и агрегатов), начиная с третьего года эксплуатации, то есть когда наработка превышает 18 тыс. ч (рис. 7). После первой крупной плановой замены основных компонентов наступает второй относительно стабильный этап работы экскаватора наработки 18–36 тыс. ч с последующим системным увеличением потока отказов гидравлических компонентов и, как следствие, физическим и необратимым износом несущих конструкций, ходовой и рабочего оборудования [7].Изменение удельных затрат на ТО и Р гидравлических экскаваторов с рабочей массой 400 т

Дополнительно необходимо учитывать, что большие затраты на техническое обслуживание, ремонт и эксплуатацию обусловлены тем, что все комплектующие, запасные части и основная доля материалов для гидравлических экскаваторов зарубежного производства. Так, при цене литья для ходовой части 6 долл/кг (китайского производства) стоимость комплекта ходовой РС-4000 составит 24 млн руб.( срок службы ходовой 20 тыс. ч – 3 года). Так что только на ходовую часть в течение расчетного срока 10 лет при как минимум двух заменах уйдет не менее 48 млн руб.

Вместе с тем, несмотря на высокие совокупные затраты за период эксплуатации гидравлических экскаваторов, ряд предприятий уже имеют большой парк гидравлических машин и рассматривают в инвестиционных программах переоснащения приобретение гидравлических экскаваторов типа прямая лопата с электрическим приводом большой единичной мощности для ведения вскрышных работ с погрузкой в автотранспорт.

Высокий уровень организации работ на передовых предприятиях угольной отрасли, таких как Черногорский разрез АО «СУЭК», обеспечивает при современной надежности гидравлических машин достижение рекордных показателей производительности на слабых полускальных породах 844 200 м3/месяц (плотность в массиве 2,3 т/м3) [2, 8]. Достигнутая в 2015 г. годовая производительность экскаватора РС4000Е составила 9 млн м3 при фактической наработке на линии 7890 ч. Среднегодовая часовая эксплуатационная производительность составила 1140 м3/ч, а в отдельные месяцы достигала 1359 м3/ч, что говорит о высокой организации работ на разрезе, обеспечивающей реализацию конструктивной надежности и технических характеристик машины. При этом горняки разреза планируют в 2016 г. достичь производительности 10 млн м3.

Однако, проведенный технико-экономический анализ показал, что при валовой выемке скальной и полускальной вскрыши применение отечественных канатных мехлопат с ковшом от 18–35 м3 при погрузке в автотранспорт при наличии электрической сети в карьере и сроке службы карьера более 7 лет более эффективно по сравнению с гидравлическими экскаваторами с ковшами аналогично вместимости.Сравнение рабочих параметров ЭКГ-18 и Komatsu РС-4000

Прежде всего рабочие параметры канатных мехлопат и, частности, ЭКГ-18 по сравнению с гидравлической прямой лопатой РС-4000 позволяют более эффективно и безопасно вести погрузку в автотранспорт с двухсторонней погрузкой, рис. 8. Это создает технологические условия для достижения высокой производительности экскаваторно-автомобильных комплексов во главе с канатными экскаваторами в условиях высокого уровня организации работ.

Для обоснования эффективности применения канатных электрических экскаваторов ПАО «Уралмашзавод» для валовой выемки вскрышных пород на угольных разрезах было проведено технико-экономическое моделирование работы экскаваторов ЭКГ-18 с ковшом 22 м3 (срок службы 23 года) и РС-4000 с ковшом 22 м3 (срок службы 10 лет) и сравнительный анализ экономических показателей работы двух типов экскаваторов одного класса с ковшом вместимостью 22 м3.

Расчет эффективности применения канатных мехлопат производства ПАО «Уралмашзавод» в сравнении с зарубежными гидравлическими экскаваторами проводился по методике анализа динамики удельных значений накопленной совокупной стоимости владения [1].

Сравнение совокупной стоимости владения экскаваторов РС-4000 и ЭКГ-18 по удельной накопленной совокупной стоимости владения карьерной техники

Методика оценки эффективности работы карьерной техники по удельной накопленной совокупной стоимости владения является составляющей метода формирования комплексной механизации горных работ на карьерах [9]. Метод используется для обоснования стратегии технического переоснащения карьеров и в частности построения графиков выбытия и обновления парков горного и транспортного оборудования.

Динамика надежности гидравлических экскаваторов характеризует особенности их конструкции, износ которых происходит в 2,5–3 раза быстрее, чем электрических канатных мехлопат. Эффективный срок службы гидравлических машин не превышает 70 тыс. ч. Конструктивная надежность электрических канатных экскаваторов обеспечивает срок их службы на уровне более 170 тыс. ч, что при средней наработке 7000 ч на линии в год соответствует сроку службы 23 года.

На основании данных, полученных в результате техникоэкономического моделирования, были построены графики динамики удельной накопленной стоимости владения, рис. 9, отражающие эффективность использования экскаваторов РС-4000 и ЭКГ-18 (22 м3).Совмещенные графики изменения удельных накопленных затрат карьерного экскаватора ЭКГ18(22 м3) и гидравлических экскаваторов РС4000 в течение 23 лет эксплуатации

Графики иллюстрируют изменение удельных затрат на владение по годам экскаваторов ЭКГ-18 (22 м3) и РС-4000 в одинаковых природных и организационно-технологических условиях разработки угольных месторождений.

При этом большие капитальные затраты на приобретение ЭКГ-18 определяют период экономической эффективности гидравлического экскаватора РС-4000 до 5 первых лет. К 6му году удельные накопленные затраты, т.е. отношение общей суммы всех произведенных расходов (затрат на технический сервис, затрат на приобретение экскаватора, эксплуатационных затрат, заработную плату и затрат на материально-техническое снабжение) к общему объему выполненных экскаваторами работ, становятся равными и техникоэкономическое преимущество канатного электрического экскаватора становится очевидным, подтверждая классический тезис об эффективной области применения карьерных гидравлических экскаваторов для разработки месторождений с небольшим сроком службы (рис. 9).

К концу шестого года эксплуатации удельные накопленные затраты на владение у ЭКГ-18 составляют 10,6 руб/м3, а для РС-4000 – 11,22 руб/м3. После десятого года эксплуатации при сохранении стабильной наработки на линии в отличие от гидравлической машины значения удельных накопленных затрат на владение ЭКГ-18 не превышают 8,5 руб/м3, при более чем 11 руб/м3 у РС-4000.

При реализации проектов разработки угольных месторождений со сроком службы 20–25 лет использование гидравлических экскаваторов определяет необходимость не позже 8-го года эксплуатации РС-4000 (в данном случае) приобретать еще один новый экскаватор для восполнения выбываемой мощности (рис. 5 и 6), (или вкладывать в капитальный ремонт импортной машины более 50% от первоначальной стоимости). Таким образом, для обеспечения заданных объемов производства в течение 23 лет эксплуатации потребуется приобретение трех экскаваторов РС-4000.

Таким образом, применение отечественных канатных электрических мехлопат ЭКГ-18 с ковшом 22 м3 (для насыпной плотности 1,7–1,8 т/м3) и ЭКГ-35Р производства ПАО «Уралмашзавод» в условиях высокой организации технологических процессов вскрышных работ на разрезах обеспечит надежную и экономически эффективную работу горнотранспортного комплекса и существенно снизит зависимость предприятий от поставок импортной техники, запасных частей и материалов.

ПАО "Уралмашзавод" 620012, Екатеринбург, площадь Первой Пятилетки тел.: +7 (343) 3366101; факс: +7 (343) 3366040
email: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.  • www.uralmash.ru 

Информационные источники: 1. Анистратов К.Ю. Экономико-математическая модель комплексной механизации горных работ на карьерах //Горная Промышленность.–2015.– №3. –С. 54. 2. Ясюченя С.В. О повышении операционной эффективности открытых горных работ в компании ОАО «СУЭК» // электронный журнал «Горное Дело» 1 2014 (2) http://gornoe-delo.ru/jgd/2014/1/. 3. Анистратов К.Ю. Особенности развития мирового рынка горного оборудования. Горное Дело (электронный журнал). –2014. –№1. С. 8-12. http://gornoe-delo.ru/jgd/2014/1/#. 4. Новое поколение гибридных экскаваторов для строительных и горных работ. Горное Дело (электронный журнал). –2014. –№1. С. 38-46. http://gornoe-delo.ru/jgd/2015/2/#/ 5. Сытенков В.Н. Сопоставительный выбор экскаваторов типа механическая лопата с канатным и гидравлическим перемещением рабочего органа http://gornoe-delo.ru/jgd/2014/1/# 6. Подэрни Р. Ю., Булес П. Методика оценки стоимости эксплуатации, технического обслуживания и оптимального срока службы карьерного гидравлического экскаватора// Материалы конференции «Машины и оборудование для открытых горных работ». В рамках 20-й Международной выставки «Горное оборудование, добыча и обогащение руд и минералов», 26 апреля 2016, М., С. 2–7. 7. Подэрни Р.Ю., Булес П. Экономико-вероятностная модель оценки стоимости эксплуатации, технического обслуживания и оптимального срока службы карьерного гидравлического экскаватора (КГЭ) //Горная промышленность. –2015. –№ 6 (124). –С. 52–54. 8. Слесарев Б.В., Булес П. Исследование условий и параметров экскавации мощных карьерных экскаваторов// Материалы конференции «Машины и оборудование для открытых горных работ» В рамках 19-й Международной выставки «Горное оборудование, добыча и обогащение руд и минералов», 21 апреля 2015, Москва, С. 3–4 9. Анистратов К.Ю. Оптимальный срок службы карьерных одноковшовых экскаваторов с электрическим приводом // Анистратов К.Ю., Конопелько С. А.// Горная промышленность. –2012. С. 8–12.
Ключевые слова: карьерный канатный экскаватор, гидравлический экскаватор, угольный разрез, экскавация, вскрышные породы.

Журнал "Горная Промышленность"№5 (129) 2016, стр.18