Комбайн Wirtgen Surface Miner 2200 SM на Кумовгорском карьере известняка ОАО «Михайловский цементный завод»

М. Пихлер, Президент фирмы Wirtgen International GmbH В.А.Гуськов, руководитель департамента горных работ «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» Ю.Б.Панкевич, к.т.н., эксперт фирмы Wirtgen International GmbH


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.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2006