Горный комбайн Wirtgen Surface Miner 2200 SM на Джегутинском карьере известняка ОАО «Кавказцемент»

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

Джегутинское месторождение цементного сырья расположено в Карачаево-Черкесской республике Российской Федерации и составляет сырьевую базу цементного завода ОАО «Кавказцемент», который является одним из крупнейших поставщиков цемента в районы Центра и Юга России, а также в страны ближнего зарубежья.

Полезная толща представлена светло-серыми мелко-тонкозернистыми известняками с тонкими прослоями серых глинистых мергелей, мергелистых глин, что придает известнякам плитчатое строение. Мощность известняковых плит 0.2-0.7 м, глинистых прослоев 0.1-3 см.

В известняках, вскрытых семью уступами на глубину 110 метров, встречаются зоны дробления и короткие часто кулисообразные тектонические трещины. Отмечены также повсеместные зоны интенсивной трещиноватос-ти. Плотность известняка при естественной влажности в целике составляет 2.42 т/м3, естественная влажность - 5%, предел прочности при сжатии 18.4-56.1 МПа, при растяжении - 2.0-5.3 МПа.

Месторождение эксплуатируется двумя участками «Южным» и «Восточным». В работе находятся два уступа высотой по 15 метров (горизонты

690 и 705 м). Уступы выше горизонта 720 м находятся в погашенном состоянии на промежуточном контуре.

Разработка ведется с применением традиционной технологии горных работ с использованием буровзрывных работ. Бурение скважин осуществляется станками СБР160 и СВБ-160. Буровзрывные работы ведутся подрядным способом. Проведение БВР осложнено рядом факторов, к основным из которых относятся повышенная обводненность, разнопроч-ностной массив пород и ограничения на величину одновременно взрывае -мых зарядов ВВ. Влияние этих факторов в совокупности зачастую приводит к плохой проработке подошвы уступа, значительному выходу негабарита и частым отказам. В отдельных местах превышение отметок горизонта рабочих площадок достигает 2.5-3 м.

На выемочно-погрузочных работах используются экскаваторы ЭКГ-4.6 и ЭКГ5А.

Полезное ископаемое автосамосвалами БелАЗ7522 и БелАЗ7523 доставляется на дробильно-помолочный комплекс (ДПК), где готовится грубомолотый известково-глинистый шлам, который затем трубопроводным транспортом на расстояние 3.7 км транспортируется на завод. Расстояние транспортирования с «Южного» участка составляет 1.5 км и с «Восточного» - 5.2 км.

В дробильном отделении установлены две щековые дробилки СМД60А 1500X2100X180 с размером куска на выходе 200 мм, три молотковых дробилки с размером куска на выходе 40 мм и три стержневых мельницы МСЦ40 50.

Табл. 1 Результаты изучения эксплуатационных параметров работы комбайна 2200 SM на Джегутинском карьере известняка

Дата хронометража

6.05

7.05

8.05

10.05

11.05

12.5

13.05

14.05

15.05

16.05

17.05

Всего

Длина рабочего хода комбайна, м

50-200

50-210

60-230

60-240

60-240

240

30-240

80-310

80-340

80-340

80-340

среднее

Глубина фрезерования, см

10-20

10-20

10-25

10-25

10-25

15-25

15-25

15-25

20-30

20-30

20-30

-

Рабочая скорость комбайна, м/мин.

12.4

11.7

12.6

14.3

15.5

10.3

11.9

8.0

12.2

11.9

10.1

-

Наработка, моточас

10

8

4

9

6

3

10

7

7

9

3

-

Затраты времени в течение суток, мин.:

- на фрезерование и погрузку

200.32

345.8

121.1

271.98

196.91

95.3

305.89

103.65

224.3

342.7

136.0

2343.95

- на маневры комбайна

69.82

67.8

42

101.57

49.25

11.3

57.5

14.5

57.0

29.8

26.28

526.82

- на обмен автосамосвалов

45.4

23.58

6.98

23.91

10.77

6.0

41.67

4.3

12.7

20.6

8.1

203.97

- на ТО

10.24

40.0

40.0

30

37.5

240.0

61

40.0

30.0

58.1

37.8

624.64

- на ремонты

30.0

20.5

7.5

37.6

256.0

10.5

4.8

5.1

372.0

- на простои (ожидание самосвалов)

75.24

95.43

50

128.72

88.40

125.5

91.2

8

16.0

11.0

11.8

701.29

Количество маневров

15

16

7

23

16

5

14

5

17

13

5

136

Число загруженных автосамосвалов1'

52

90

35

74

51

29

98

23

71

130

46

699

- в т. ч. :40-тонные

-

8

-

40

20

-

48

7

52

15

-

190

- 27-30-тонные

52

82

35

34

31

29

50

16

19

115

46

509

Масса отгруженного материала, т2)

1352

2407

910

2256

1486

754

2899

657

2283

3508

1196

19806

- в т. ч. :40-тонные

-

275

-

1372

680

-

1651

241

1789

516

-

6624

- 27-30-тонные

1352

2132

910

884

806

754

1248

416

494

2990

1196

13182

Эксплуатационное время, час, мин.

315.54

437.18

170.1

397.46

256.93

113.1

405.02

122.45

294.0

393.1

170.38

3075.26

Техническая готовность, %

97.4

88.4

85

91.2

88.5

49.8

83.4

30.6

88.4

86.5

80.9

79.1

Использование во времени, %

78.7

72.5

65.4

68.9

65.8

23.6

68.1

28.7

83.9

84.2

75.7

64.4

Техническая производительность, т/час

406.0

417.9

455.0

501.0

453.0

474.2

568.4

429.4

610.4

614.4

526.8

506.5

Эксплуатационная производительность,т/час

266.8

330.2

320.4

340.8

347.2

401.1

429.5

322.1

465.9

535.6

421.1

386.4

Производительность на 1 час смены, т

202.3

240.0

209.6

234.8

228.6

94.5

292.5

92.5

390.9

450.9

318.9

250.1

Среднее время погрузки, мин.

5.1

4.0

4.6

3.49

5.6

3.36

3.2

4.19

зЖ

3.37

3.28

296

Среднее время на маневр комбайна, мин.

4.65

4.24

6.0

4.42

3.1

2.26

4.1

2.9

3.35

2.3

5.2

42.52 3.86

Среднее время на обмен автосамосвала, мин.

0.21

0.27

0.20

0.33

0.22

0.21

0.43

0.37

0.18

0.16

0.18

2.76 0.25

11 Автосамосвалы грузоподъемностью 27-30 и 40 тонн.

2) Вес в кузове автосамосвала подсчитан по результатам взвешивания 27-30-тонных автосамосвалов. В среднем вес груза составил 26 т, что составляет повышение веса по сравнению с погрузкой экскаватором примерно на 5-7%


В последние годы, в связи с ростом цен на оборудование, материалы и услуги, резко повысились затраты производства, в связи с чем задача снижения издержек производства являются весьма актуальной и обусловливает изыскание менее затратных технологий горных работ.

На текущий момент значительную долю (около 50%) в себестоимости добычи известняка составляют расходы на производство буровзрывных работ. Достаточно большие затраты приходятся на дробление руды.

Одним из перспективных направлений является применение на карьерах комбинированных машин, способных производительно разрабатывать массивы горных пород, совмещая в одном процессе основные операции горного производства (буровзрывные работы, погрузку и дробление).

С начала 1990-х гг. при разработке месторождений карбонатного сырья на цементных предприятиях Сербии, США, Индии и ряде других стран наметился переход на новую технологию горных работ, обеспечивающую, за счет безвзрывной тонкослоевой выемки с использованием карьерных комбайнов Wirtgen Surface Miner, высокую эффективность добычных работ.

Весь мировой опыт использования комбайнов Wirtgen на разработках месторождений полезных ископаемых свидетельствует:

1. В условиях карбонатных месторождений цементного сырья возможен и в большинстве случаев целесообразен переход на безвзрывную разработку горных пород с помощью комбайнов Wirtgen Surface Miner.

2. При разработке комбайнами в забоях обеспечивается получение фракционного состава сырья, не требующего последующего крупного и в значительной степени среднего дробления.

3. За счет отказа от ряда традиционных для горного производства процессов (бурение, заряжание скважин, взрывание, крупное и среднее дробление) снижаются капитальные вложения и эксплуатационные расходы, повышается эффективность и надежность за счет уменьшения числа операций и количества механизмов, снижается потребность в производственном и обслуживающем персонале.

4. Повышается безопасность и снижается вредное влияние горного производства на окружающую среду.

Табл. 2 Удельный вес операций комбайна за один эксплуатационный час

Дата хронометража

6.05

7.05

8.05

10. 05

11. 05

12. 05

13. 05

14. 05

15. 05

16. 05

17. 05

Всего и среднее

Фрезерование и погрузка, %

63.5

79.0

71.2

68.4

76.6

84.3

75.5

84.6

76.3

87.2

79.8

76.2

Маневры комбайна, %

22.1

15.6

24.7

25.5

19.2

10.4

14.2

11.8

19.4

7.6

15.4

17.1

Обмен автосамосвалов, %

14.4

5.4

4.1

6.1

4.2

5.3

10.3

3.6

4.3

5.2

4.8

6.7

Табл. 3 Использование времени смены комбайном

Дата хронометража

6.0 5

7.0 5

8.0 5

10. 05

11. 05

12. 05

13. 05

14. 05

15. 05

16. 05

17. 05

Всего и среднее

Эксплуатационное время, %

78.7

72.5

65.4

68.9

65.8

23.7

68.1

28.7

83.9

84.2

75.7

64.4

Время простоев, %

18.7

15.9

19.2

22.3

22.6

26.2

15.3

1.9

4.5

2.3

5.2

14.7

Время на ремонты и ТО, %

2.6

11.6

15.4

8.8

11.6

50.1

16.6

69.4

11.6

13.5

19.1

20.9

В результате переговоров между фирмой «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» и фирмой Wirtgen International GmbH (Германия) было принято решение о проведении опытно-промышленных работ по безвзрывной технологии с использованием комбайнов Wirtgen Surface Miner на Джегутинском карьере.

Основными целями опытно-промышленных работ являлось установление принципиальной возможности и целесообразности разработки месторождений цементного сырья комбайнами Wirtgen Surface Miner и определение в этих условиях эксплуатационных параметров работы, определяющих их техническую и эксплуатационную производительность.

Для проведения работ Wirtgen International GmbH предоставил серийную машину модели Wirtgen 2200 SM (№0210) с соответствующим персоналом, осуществлявшим управление комбайном и техническое обслуживание.

Предварительно для уточнения прочностных свойств известняка Дже-гутинского месторождения, определяющих возможность и эффективность безвзрывной, тонкослоевой разработки массива с помощью карьерных комбайнов Wirtgen Surface Miner, были отобраны образцы пород: один - с гор. 720 м и два с гор. 695 м. Первый образец представляет собой кусок известняка плитчатой формы, с ярко выраженной слоистостью, размерами 30Х15Х11см. Второй образец размерами 18X18X18 см представляет собой известняк неравномерно слоистый, слои мощностью 2-3 см. Третиймергель, размерами 17X15X14 см.

Расшифровка показателей применительно к эксплуатации комбайна:

Эксплуатационное время э = Тф + Тр + Тз) включает: фрезерование с погрузкой (Тф), время на маневры: разворот в конце рабочего хода для работы в обратном направлении (Тр) или время обратного холостого хода и время на замену автосамосвала (Тз).

Техническая готовность определяется по формуле: см • Тто • Тр) : Тсм, где: Тсм - время смены; Тто - время на ТО; Тр - время на ремонты. Использование по времени: см • Тто • Тр • Т пр) : Тсм, где:

Тсм - время смены; Тто - время на ТО; Тр - время на ремонты; Тпр - время на простои.

Эксплуатационная производительность: производительность за эксплуатационное время, тонн/час.

Полученные в результате испытаний значения предела прочности при сжатии по изученным образцам известняка (прочность на сжатие - от 18.4 до 56.1 МПа и на растяжение - от 2.0 до 5.3 МПа), в сочетании с тонко слоистым массивом, разбитым на мелкие отдельности, позволяют с уверенностью рассчитывать на эффективную работу комбайнов Wirtgen Surface Miner всех типоразмеров.

Для проведения работ на горизонте 720 м была выбрана площадка, расположенная вдоль северной и восточной границы карьера. Работы были начаты с высоких отметок площадки. В этом районе площадка представляла собой косогор (превышение над господствующей отметкой 720 м составляло до 2.8 м). Подошва вышележащего уступа была не проработана взрывом, в результате чего микрорельеф оказался очень сложным.

В начальный период комбайн 2200 SM работал при небольшой длине рабочих проходов, что предопределялось

необходимостью выравнивания рельефа поверхности рабочей площадки и создания забоев с максимальными размерами, позволяющими использовать комбайн с минимумом маневров. Первоначальная длина составляла около 200 м, а ширина около 30 м. На первой стадии работ вдоль границ площадки с северной и восточной стороны комбайном через конвейер отсыпался вал с трех параллельных полос. С четвертой и далее полос комбайн работал с погрузкой в автосамосвалы.

В период с 6 по 17 мая 2005 года на базе хронометражных наблюдений проводилось изучение эксплуатационных параметров работы комбайна, определяющих его производительность, а также затраты времени на выполнение различных операций. В процессе работ фиксировалось время простоев, выполнения ремонтов и ТО, а также затраты времени на ежесменное текущее обслуживание, в т.ч. заправку водой и дизельным топливом.

Табл. 4 Использование часа времени смены комбайна по составляющим рабочего цикла

Дата хронометража

6.0 5

7.0 5

8.0 5

10. 05

11. 05

12. 05

13. 05

14. 05

15. 05

16. 05

17. 05

Всего и среднее

Фрезерование и погрузка, %

49.9

57.5

46.6

47.2

50.4

19.9

51.4

24.3

64.0

73.4

60.4

49.1

Маневры комбайна, %

17.4

11.3

16.1

17.6

12.6

2.5

9.7

3.4

16.3

6.4

11.7

11.0

Обмен автосамосвалов, %

11.3

3.9

2.7

4.1

2.8

1.2

7.0

1.0

3.6

4.4

3.6

4.3

Технические осмотры (ТО), %

2.6

6.6

15.4

5.2

9.6

50.1

10.2

9.4

8.6

12.4

16.8

13.1

Ремонты, %

-

5.1

-

3.6

1.9

-

6.3

60.0

3.0

1.0

2.3

7.8

Ожидание автосамосвалов, %

18.8

15.6

19.2

22.3

22.7

26.3

15.4

1.9

4.5

2.4

5.2

14.7

Использование эксплуатационного времени работы комбайна 2200 SM

Анализ использования времени смены при работе комбайна 2200 SM

Использование времени смены при работе комбайна 2200 SM

Начиная с 5 по 11-13 мая, работы велись с большим количеством маневров (отъезды назад на новый забой, развороты, повторные загрузки автосамосвалов при недостаточном фронте работ и т.п.) и только работы в период 15-17 мая показали истинные возможности высокопроизводительной работы комбайна модели 2200 SM при значительном фронте работ.

В комплексе с комбайном использовались автосамосвалы грузоподъемностью 27-30 т и 40 т. По мере приобретения навыков совместной работы время на обмен автосамосвалов уменьшилось с 0.8-1 мин. до 10-15 сек. Постепенное выравнивание рабочей площадки обеспечило работу комбайна с постоянной максимальной стружкой, что позволило снизить время загрузки автосамосвала грузоподъемностью 27-30 т с 3.72-3.83 мин. (6-7 мая) до 2.56-2.6 мин. (15-16 мая). Время погрузки автосамосвала грузоподъемностью 40 т в начале работ составляло 4.2 мин., с колебаниями по сменам от 5.6 до 3.2 мин. Последняя цифра относится к 16 мая, когда площадка в большей мере была готова к производительной работе.

Следует отметить благоприятные горнотехнические условия Джегутинского карьера (невысокая крепость пород, значительная трещиноватость и слоистость), которые позволили комбайну поддерживать высокую рабочую скорость от 8 до 15 м/мин. и, соответственно, высокую производительность. Техническая производительность, в наибольшей степени зависящая от горнотехнических условий конкретного массива, составила в среднем около 500 т/час, а эксплуатационная - около 380 т/час с колебаниями по дням работы от 270 до 530 т/час.

Результаты, полученные в процессе изучения эксплуатационных параметров работы комбайна при различной длине фронта работ, приведены в табл. 1. В табл. 2, 3, 4 приведены результаты анализа использования времени смены, а также эксплуатационного часа по составляющим операциям рабочего цикла.

Анализ хронометражных данных показывает, что основная доля простоев в первые 6-7 дней связана с ожиданием автосамосвалов. Данные табл. 3, в которой приведены показатели использования времени смены, свидетельствуют, что в начальный период время простоев в ожидании автосамосвалов изменялось от 15.3 до 26%, а начиная с 14 мая оно снизилось до 2-5%. Одновременно эксплуатационное время возросло до 80%, что и обусловливает высокие показатели производительности комбайна.

В отдельные периоды время на маневры, развороты и обратный холостой ход комбайна с выездом из забоя и установкой на забой изменялось с 18-26% (табл. 2) до 8-15% от времени эксплуатационного часа. Так, в зависимости от длины фронта фрезерова -ния комбайну приходилось выполнять от 26 до 5-13 маневров.

В период опытно-промышленных работ в соответствии с регламентом бы -ло проведено первое ТО комбайна, ко -торое осуществляется в интервале времени наработки на счетчике 50-100 мо -точас. после соответствующей обкатки. 12 мая в течение 3-4 часов было выпол -нено штатное ТО, которое включало за -мену масла во фрезерном барабане и подшипнике, замену масла и фильтров

в двигателе и гидросистеме, а также редукторах ходовых тележек (табл. 3). Кроме того, был отмечен простой 14 мая, связанный с саморазвинчиванием штуцера на камере рабочего барабана. После устранения неисправности производительная работа комбайна в течение 15-17 мая была продолжена.

В ходе опытных работ было осуществлено контрольное взвешивание нескольких автосамосвалов грузоподъемностью 27-30 тонн. Установлено, что при погрузке комбайном масса перевозимого груза в кузове автосамосвала превышает на 5-7% массу загружаемого материала экскаватором, что объясняется большей долей мелких фракций в отбитой горной массе и, соответственно, большей плотностью укладки материала в кузове. При этом плавная погрузка горной массы значительно меньшей фракции в кузов автосамосвала, обеспечивают лучшие условия для эксплуатации подвижного состава и исключают ударные нагрузки на конструкцию машин.

Достигнутые положительные результаты позволяют расчитывать на переход в ближайшее время предприятия на новую безвзрывную технологию горных работ на основе использования комбайнов Wirtgen Surface Miner.

Журнал "Горная Промышленность" №3 2005