Комбайн Wirtgen Surface Miner 2200 SM на Кумовгорском карьере известняка ОАО «Михайловский цементный завод»
М.Ю.Панкевич, коммерческий представитель Кумовгорское месторождение цементного сырья (кремнезема), расположенное в 6 км к западу от г. Михайлова Рязанской области, является сырьевой базой ОАО «Ми-хайловцемент». Поверхность месторождения представляет собой полого холмистую равнину с абсолютными отметками от 97.7 до 138 м, расчлененную речной сетью и оврагами на ряд отдельных возвышенностей.
Климат района - умеренно-континентальный. Самый холодный месяц - январь, со средней температурой -10.7°C, самый теплый - июнь (+18.3°C). Наибольшее количество осадков (30% годовых) выпадает за летний период (июль-август). Снежный покров устанавливается после 10 ноября и сходит к 1 апреля. Промерзание почвы до 1-1.5 м. Преобладающие ветры - западные и юго-западные.
В геологическом строении месторождения принимают участие четвертичные, мезозойские и палеозойские отложения. Четвертичные отложения представлены в основном суглинками, глинистыми песками с включениями гальки, щебня и валунов кварца, известняков, реже суглинками и глинами. Средняя мощность четвертичных глин и суглинков в пределах подсчета запасов составляет 6 м. В южной, восточной и местами в центральной частях участка четвертичные отложения не кондиционны и отнесены к вскрышным породам.
Четвертичные отложения подстилаются меловыми песками мощностью 0.2-4.7 м, распространенными неравномерно и приуроченными к повышенным формам рельефа.
Меловые отложения представлены глинистыми кварцевыми песками с включением фосфоритов и глин, и отнесены к вскрышным породам (верхняя промежуточная вскрыша). За пределами подсчета промышленных запасов четвертичных глин и суглинков меловые отложения отрабатываются совместно с четвертичными и удаляются в отвал.
Меловые отложения подстилаются продуктивной толщей глины юрского периода. Глины плотные, иногда песчанистые, с включениями карбонатного обломочного материала. Мощность юрских глин изменяется от 5.7 до 23.7 м, составляя в среднем 11 м.
Под юрскими глинами залегают серые и буровато-желтые мелкозернистые, часто глинистые, юрские пески мощ-
ностью от 0.5 до 9.3 м, составляя в среднем на отрабатываемом участке 4.8 м. Они покрывают продуктивную толщу известняков и подлежат удалению в отвал (нижняя промежуточная вскрыша).
Карбонатная толща известняков палеозойского возраста общей средней мощностью до 27 м слагается (сверху вниз) веневским, михайловским, алексинским горизонтами нижнего карбона.
Веневский горизонт представлен пестро окрашенными трещиноватыми, иногда выветренными, известняками с гнездами и прослоями пестроцветных глин. Мощность горизонта 3-9 м.
Михайловский горизонт представлен, в основном, выдержанной по мощности и простиранию толщей известняков серой и светло- или темно- серой окрасками. Известняки плотные, крепкие однако имеют мягкие и пористые прослои. Мощность горизонта от 7 до 15 м.
Алексинский горизонт сложен серыми, реже светло- или темно-серыми с характерной синеватой пятнистостью крепкими известняками с прослоями мягких органогенно-обломочных известняков. Мощность толщи известняков алексинского горизонта - от 1.5 до 5 м.
Продуктивную толщу известняков подстилают пески
алексинского горизонта, залегающие на большой площади месторождения на уровне уреза реки Проня.
Разработка месторождения осуществляется по транспортной системе, с размещением отвалов в выработанном пространстве.
Добыча известняка производится в восточной части карьера на горизонтах +83 и + 70 м с применением буровзрывных работ. Добыча юрской глины осуществляется в восточной и юго-западной частях карьера.
Для погрузки известняка и глин используются экскаваторы ЭКГ-5А в комплексе с самосвалами БелАЗ -7522 и БелАЗ -7523. Расстояние транспортирования известняка до отделения дробления - 2 км, глины до глиноболтушек - 3.1 км и вскрышных пород - 2 км.
Породы основной вскрыши (слой зачистки, четвертичные суглинки, глины, пески) и почвенно-растительный слой складируются раздельно.
В настоящее время южный борт карьера в средней части вышел к границе земельного и горного отводов, определенной величиной взрывоохранной зоны жилого поселка Стрелецкие выселки. Поэтому при дальнейшем использовании традиционной технологии фронт горных работ значительно сужается, а в целиках взрывоохранной зоны остаются значительные запасы известняка и глин (около 12 млн. т известняка и 16.5 млн. т глин), что значительно сокращает срок службы цементного завода.
В этой связи было принято решение исследовать возможность отработки теряемых в охранной зоне запасов известняка и глин комбайнами Wirtgen Surface Miner, для чего провести опытно-промышленные работы.
Основной целью опытно-промышленных работ явилось установление исходных данных для определения целесообразности разработки месторождений цементного сырья комбайнами Wirtgen Surface Miner, а также уточнение в этих условиях эксплуатационных параметров и параметров технологических схем, определяющих техническую и эксплуатационную производительность в условиях безвзрывной добычи различных типов известняка.
Предварительно горно-геологической службой предприятия были отобраны три образца характерных известняков из основных участков и слоев месторождения. По результатам испытаний были сделаны следующие выводы:
- известняк Кумовгорского месторождения может разрабатываться комбайнами Wirtgen Surface Miner;
- для разработки большей части месторождения необходим комбайн типоразмера 2500 SM;
- известняки на отметке 73-74 м характеризуются прочностью 60-70 МПа.
Следует отметить, что в геологических материалах отсутствовало подробное описание структурных особенностей карбонатного массива, представленного известняком. Не была отмечена крупноблочность массива (размеры блоков по высоте до 500-600 мм) и повышенная окремненность известняка, что в известной степени осложнило работу комбайна.
Для проведения опытно-промышленных работ был выделен участок на отметке 96 м, располагаемый в юго-западной части карьера и разведанный скважинами эксплуатационной разведки. Геометрические параметры
участка: длина около 300 м, ширина от 45 до 54 м. По длине площадка с одной стороны граничит с откосом нижележащего добычного уступа +83 м, а с другой - откосом вскрышного уступа по пескам. Прочность пород на этом участке составляет 100-120 МПа.
Комбайн 2200 SM был доставлен на предприятие 8 февраля 2006 г. В течение 8-10 февраля был выполнен монтаж комбайна: кабины, разгрузочного конвейера и верхней скрепляющей конструкции, произведено соединение запи-точных магистралей.
По окончании монтажа 13 февраля комбайн был перемещен в карьер на выделенную под испытания площадку. При выборе направлений развития горных работ с использованием комбайна 2200 SM учитывались особенности рельефа и конфигурации площадки:
- наличие поперечного уклона с перепадом отметок до 0.5-0.6 м от откоса по всей ширине площадки;
- наличие по длине площадки криволинейного непрерывного откоса с заколами и выступами, что значительно увеличивало трудоемкость работ в прибортовой зоне;
- горные работы на вышележащей площадке велись без применения БВР.
Поэтому горные работы были начаты с восточной стороны участка и осуществлялись в прибортовой зоне вдоль откоса нижележащего уступа с отступлением от бровки откоса на 1 м. (рис. 1, размеры в метрах).
После отработки двух-трех слоев и осуществления нескольких параллельных проходов вдоль откоса образовывался целик (см. рис. 1), отработка которого осуществлялась рыхлительно-бульдозерным агрегатом (РБА). В отличие от схемы, приведенной на рис. 1, учитывая значительную крепость и крупноблочность массива, отработка образуемого комбайном целика осуществлялась после выемки двух слоев. Упомянутые выше выступы отрабатывались комбайном во вторую очередь.
На фото 2 показан забой по отработке одного из выступов откоса с заездом комбайна правой ходовой тележкой.
Монтаж комбайна и горные работы в начальный период велись при резко отрицательных температурах (в приложении к Отчету «Дневник хронометража работы комбайна» регистрировалась также температура окружающего воздуха).
Учитывая достаточную длину площадки, комбайн работал в основном «по схеме с поворотом» (без холостого прохода).
В течение 13 февраля комбайн выравнивал площадку в прибортовой зоне и ликвидировал поперечный уклон. При этом было погружено 33 самосвала грузоподъемностью 45 т, что ориентировочно составило 1188 тонн.
В период с 14 по 22 февраля 2006 г. были выполнены хро-нометражные наблюдения с изучением эксплуатационных параметров работы комбайна, определяющих его производительность, а также затраты времени на выполнение различных операций. В процессе работ регистрировались время простоев и выполнения ремонтов, а также затраты времени на ежесменное текущее обслуживание, включающее прогрев систем комбайна (30-45 мин), заправку дизельным топливом (около 12-20 мин), очистку гусениц и конвейера от замерзших пород. Кроме того, осуществлялся осмотр узлов комбайна, смазка, чистка конвейера и фрезерного барабана, проверка гидросистемы и рабочего органа.
Результаты, полученные в процессе изучения эксплуатационных параметров работы комбайна, приведены в табл. 1.
Расшифровка показателей применительно к эксплуатации комбайна приводится ниже.
Эксплуатационное время (Тэ = Тф + Тр + Тз) включает: фрезерование с погрузкой (Тф), время на разворот в конце
рабочего хода для работы в обратном направлении (Тр) или время обратного холостого хода, время на обмен автосамосвалов (Тз).
Эксплуатационная производительность: производительность в т/час за эксплуатационное время.
Техническая производительность: производительность в т/час за время фрезерования и погрузки (Тф).
По мере отработки слоев в глубину массива рабочий орган комбайна встречал все более крепкие породы, что и отразилось в основном на времени погрузки автосамосвала. Среднее время погрузки 45-тонного самосвала 14 и 15 февраля составляло 8.6-8.8 мин. Одновременно встречались участки крепких окремненных пород, где комбайн двигался очень медленно, время погрузки значительно увеличивалось и, соответственно, производительность падала с 210-220 до 130-140 т/час. В этих условиях было принято решение увеличить массу машины за счет заливки в водяной бак дизельного топлива (емкость бака 5000 л), что сразу сказалось на результатах работы: уже 16 и 17 февраля среднее время погрузки снизилось до 7.2 -6.8 мин.
Вместе с тем, при врезке в новый слой 18 февраля и большую часть работы 20 февраля комбайн столкнулся еще более крепкими породами, при разработке которых время погрузки возросло с 8.8 до 19 мин. 20 февраля было принято решение уменьшить на одну треть сечение заходки, отрабатываемое комбайном (примерно до 160-170 см), т.е. опустить одну из передних гусениц на отметку уже отработанной полосы (фото 2).
Данные хронометража 20 февраля свидетельствуют, что последние пять автосамосвалов были погружены в среднем за 8.6 мин каждый. Результаты работ, зарегистрированные в последующие дни, подтвердили правильность принятых решений. Комбайн работал в достаточно стабильных режимах. Прекратились вибрация и пробуксовка гусениц.
Одновременно с временем погрузки, которое в основном определяет производительность комбайна, анализировалось также использование эксплуатационного часа по календарным дням его работы и в среднем. Полученные результаты (табл. 2), удовлетворительны: время фрезерования и погрузки в среднем составило около 91%, маневры 4.7% и время на обмен автосамосвалов 4.5%.
В табл. 3 приводятся результаты анализа использования времени смены: эксплуатационное время работы комбайна составило около 71%; время на техническое обслуживание составило 18.4%, что примерно вдвое больше, чем летом, т.к. потребовалось время на прогрев систем двигателя; время простоев в ожидании транспорта в среднем составило 10.5% (от 4.3 до 19.9%). Это означает, что в отдельные моменты комбайн простаивал в ожидании автосамосвалов от 40 мин до 1.5 часов за 8-часовую смену.
За весь период работ в топливный бак комбайна было залито 4000 л дизельного топлива и наработано со дня заправки 62 моточаса. Удельный расход топлива за период работ составил 64.5 л/час.
Выводы
1. В условиях разработки крупноблочного массива известняка прочностью 90-120 МПа с включениями прослоев кремнезема и достаточно сложных температурных условиях (в диапазоне ночных и дневных температур от -9° до -23°C), комбайн модели 2200 SM показал достаточно высокую надежность работы. Кроме выхода из строя гидрозамка поднятия и опускания задних ходовых тележек никаких проблем в эксплуатации и управлении комбайном не отмечалось.
2. После искусственного наращивания массы комбайна и оптимизации процесса фрезерования техническая и эксплуатационная производительности составили соответственно 284 и 246 т/час. Это дает основание для вывода о том, что массив, сложенный крепкими известняками, может разрабатываться комбайнами Wirtgen Surface Miner модели 2200 SM.
3. Применение комбайнов Wirtgen Surface Miner 2200 SM позволит сократить потери цементного сырья в недрах и повысить полноту извлечения запасов месторождения.
