Опытно-промышленная эксплуатация горного комбайна Wirtgen 2200 SM в сланцевом карьере KIVIÔLI

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH
Ю.Б.Панкевич, к.т.н., эксперт фирмы Wirtgen International GmbH

В настоящее время горные работы на карьере KIVIÔLI (Эстония) ведутся по безвзрывной технологии с использованием мобильного оборудования. Экскавационные работы выполняются гидравлическими экскаваторами Komatsu модели РС-750 и РС-750LC с ковшом 4.8 м3, а также колесным погрузчиком WA-600 с ковшом вместимостью 10 м3. Вместе с ними применяются рыхлительно-бульдозерные агрегаты на базе тракторов Komatsu модели 175А и 375А.

Полезная толща отрабатывается двумя подуступами: верхний – включает пачки горючего сланца F, Е и D и пачку известняка D/Е, нижний – пачку известняка C/D, пачки горючего сланца В-С и пачку известняка В/С (рис. 1).

Внешняя вскрыша представлена четвертичными отложениями (около 1 м), рыхлыми мелкоплитчатыми известняками мощностью от 0.7 м до 1.36 м и пачками G и H некондиционных горючих сланцев.

Применяемая техника и технология отличается многооперационностью и ограниченными возможностями в части селективной выемки. Для повышения степени извлечения полезного ископаемого и увеличения объема добычи сланцев кондиционных сортов было решено провести опытно-промышленные работы, в ходе которых предстояло: установить техническую и технологическую возможности и определить экономическую целесообразность разработки полезной толщи, сложенной переслаивающимися тонкими пластами кондиционных и некондиционных горючих сланцев, а также тонких прослоек известняка, комбайнами Wirtgen Surface Miner; установить в этих условиях эксплуатационные параметры, определяющие техническую и эксплуатационную производительность комбайна.

Для этого фирмой Wirtgen International GmbH на карьер KIVIÔLI был предоставлен горный комбайн модели Wirtgen 2200 SM №102, и 30 сентября 2004 г. начаты работы (к началу работ на счетчике отработанного комбайном времени было зафиксировано 699 моточасов). Комбайн оборудован фрезерным барабаном стандартного типа для разработки скальных пород, барабан оснащен резцами типа W47 K17 (с видимыми следами работы).

Из-за отсутствия вскрытых площадей сланцев, работы были начаты на нижнем подуступе. Площадка размерами 100(16 м была выбрана на кровле, т.н. «двойной плиты» – известняка пачки C/D мощностью до 0.36 м. Плита сложена весьма крепкими разностями и характеризуется изменчивостью прочностных свойств, как по площади, так и по мощности: в кровле прочность 80–100 МПа, у подошвы – 50–60 МПа. Эти различия подтвердились в процессе разработки плиты.

При сложившейся на карьере технологии плита выламывается из массива ковшами экскаваторов и дробится до транспортабельных размеров с помощью гидробутобойной установки.

Разработка комбайном известняка пачки C/D была начата вдоль рабочего борта с отсыпкой отфрезерованного материала на борт карьера. При осуществлении первого прохода было установлено, что фрезерование кровли плиты возможно только слоями не более 10–11 см при рабочей скорости комбайна около 2 м/мин. Для улучшения условий фрезерования по крепким породам на комбайне были переставлены шкивы ременной передачи, что позволило увеличить число оборотов фрезерного барабана с 76 до 93 об/мин и повысить рабочую скорость комбайна до 2.5–3 м/мин. Исходя из указанных параметров производительность комбайна составляла 20–25 м3/час. В условиях постоянной нехватки технологического транспорта и малой производительности комбайна было решено отфрезерованный материал через разгрузочный конвейер отсыпать на рабочий борт или в штабели, откуда затем отгружать погрузчиком в автосамосвалы для транспортирования во внутренний отвал, организованный в выработанном пространстве карьера. Отфрезерованный материал при проходке первых двух слоев мощностью по 11 см представлял собой довольно тонкие овальные чешуйки размерами 5–10 см.

Последний из трех слоев мощностью около 13–15 см, лежащий непосредственно на кровле сланца пачки С, разрабатывался достаточно легко. Рабочая скорость комбайна при этом повысилась до 4–5 м/мин. Эта часть плиты, не имеющая снизу связей, легко выворачивалась из массива и разрушалась на крупные куски размером до 300–500 мм. В ряде случаев переполнение рабочей камеры и заклинивание кусков между подвижными плитами приводили к вынужденным остановкам комбайна. В этих условиях было принято решение об отработке полезного слоя заходками в полширины барабана, т.е. 1.1 м, что позволило увеличить мощность фрезеруемого слоя до 0.22 м и одновременно повысить рабочую скорость комбайна до 5–6.5 м/мин (рис. 2). Производительность комбайна при этом составила около 60 м3/час.

Вскрышные работы на втором подуступе были начаты 30 сентября, велись 4 дня и были завершены 3 октября 2004 г. В этот период было наработано 28 моточасов: в 1-й и 3-й дни – по 6, во 2-й – 11, в 4-й – 5 моточасов.

Ввиду отсутствия к началу опытных работ других резцов было решено использовать на добыче новые резцы типа W47 K17, одновременно изучив влияние стандартного типа резца и его состояния на фракционный состав отбитого сланца. По пачке С (рис. 3) было сделано 6 проходов и отработано два слоя по пачке В за один проход.

Объемы и трудоемкость работ при отработке двойной плиты и нижележащх пачек сланца приведены также в табл. 1.

В акте по приему сланца из пачки СВ карьера KIVIÔLI от 4 октября 2004 г. отмечено, что на переработку было принято 396.18 т (18 автосамосвалов). Из этого объема сланец крупностью до 25 мм составил 47.58%, а более 25 мм – 38.8%. Примешивание пустых пород составило 13.6%. Отмечен рост перевозимого за каждый рейс груза с 20 до 22 т, а также повышение коэффициента использования грузоподъемности автосамосвалов, что объясняется более плотной укладкой в кузове добытого материала при существенно меньшем размере кусков, выходящих из-под комбайна.

Для организации дальнейших опытных работ по решению руководства карьера на его южном фланге вдоль рабочего борта комбайном была пройдена траншея, вскрывающая пачки F и Е на первом добычном подуступе и затем была выполнена площадка размерами по поверхности около 100(22 м.

Работы были начаты во второй половине дня 4 октября, выемке подверглись известняк над пачкой Н, пачки Н, H/G и G, представляющие собой перемежающиеся пачки известняка и некондиционных сланцев прочностью 20–40 МПа, и одинаково легко вынимались комбайном. Рабочая скорость комбайна составляла 9–12 м/мин. Известняк пачки G/H, несмотря на большую прочность (45–55 МПа), также легко разрабатывался слоями по 0.20–0.25 м (всего пять слоев). При этом рабочая скорость составляла 5–8 м/мин, а производительность около 130 м3/час.

После понижения площадки на глубину 0.55–0.60 м для увеличения интенсивности углубки и быстрейшего достижения кровли пласта пачки F ширина площадки была уменьшена до 10 м, а образованная берма шириной 12 м впоследствии использовалась для организации кольцевой схемы заезда автотранспорта в траншею, а также для размещения на ней отбитой комбайном горной массы. Породы вскрыши укладывались через погрузочный конвейер комбайна на бортах траншеи или, когда не хватало его радиуса, отсыпались в штабели, откуда бульдозерами или погрузчиком перемещались в выработанное пространство карьера.

За период с 4 по 7 октября (за 33 машино-часа) была пройдена траншея глубиной около 3 м и удалено около 4.5 тыс. м3 пород. Производительность комбайна по различным пачкам составляла от 127 до 224 м3/час в зависимости от мощности фрезеруемого слоя. Объемы и трудоемкость работ, выполненных комбайном по известнякам и некондиционным сланцам вскрышного уступа, приведены в табл. 1.

Перед началом работ по выемке сланца были переставлены шкивы на ременной передаче и установлено число оборотов 76 об/мин, на фрезерном барабане установлены резцы типа W48 K15 с увеличенным вылетом 100 мм. После ремонта поврежденной ленты погрузочного конвейера (770-й час наработки) комбайн 12 октября был подготовлен к продолжению работ. Однако отсутствие автотранспорта и неготовность фабрики к приему сланца для специального взвешивания позволили сделать это только 13 октября. Кроме того, из-за дождей поверхность траншеи была залита водой, что потребовало выполнения комбайном, погрузчиком и бульдозером работ по очистке дна траншеи от воды и шлама.

Перед началом добычных работ траншея имела следующие параметры: ширина по низу (кровля пачки F) 6–7 м; высота борта со стороны целика от 2.8 до 3.1 м. По обе стороны траншеи на имеющуюся поверхность из ближайших 2–3 полос конвейером укладывалась горная масса. Длина фронта горных работ по кровле пачки F составила 120 м.

Для бесперебойной работы автотранспорта пришлось расширить устье траншеи до 3 полос (около 7 м), из расчета: одна полоса в работе, на двух других размещается автосамосвал при погрузке и создается резервная полоса для движения транспорта.

В процессе работ 13–14 октября из траншеи был добыт сланец пачек F и Е в объеме, соответственно, 450 и 584 т. В первый день добычных работ было погружено 28 автосамосвалов (616 т), во второй день – 19 автосамосвалов (418 т). К сожалению, производственная ситуация не позволила собрать объективные данные по фракционному составу сланца, добытого из пачек F и E. Вместе с тем, по визуальной оценке кусковатость отсыпанной на борт площадки горной массы из пачки F (рис. 4) значительно лучше, чем при отработке сланца пачек В и С.

Во время ведения добычных работ проводились соответствующие хронометражные наблюдения и замеры. В результате установлено, что время загрузки автосамосвала грузоподъемностью 24 тонны составило в среднем около 2 мин. Время на холостой пробег комбайна при челноковой схеме – в среднем около 2 мин.;  это говорит о том, что холостой пробег осуществлялся на высокой скорости, достигающей 50 м/мин.

По результатам хронометража рассчитана техническая и эксплуатационная (часовая) производительность комбайна при работе по челноковой схеме (табл. 2) с погрузкой в автотранспорт. Результаты использования часа рабочего времени смены приведены в табл. 3 и 4.

Анализ полученных данных показывает, что резервы увеличения производительности достаточно велики и заключены в обеспеченности транспортом. Хронометражные замеры свидетельствуют, что основная часть времени простоев комбайна приходится на ожидание автосамосвалов. В отдельные периоды с комбайном использовалось от 1 до 4 автосамосвалов, в то время как для ритмичной и высокопроизводительной работы требовалось 5–6 единиц.

Значительное время, затрачиваемое на обмен (установку под погрузку) автосамосвала у комбайна (от 1 до 2–3 минут) объясняется отсутствием опыта совместной работы экипажей автосамосвала и комбайна. При работе обученных операторов время обмена самосвала под комбайном составляет 15–30 сек.

При измерениях расхода дизельного топлива исследовались два режима работы комбайна: 1 – разработка массива с отсыпкой отфрезерованной горной массы на борт разреза или в штабели; 2 – разработка сланца с погрузкой в автосамосвалы. При работе в первом режиме расход дизельного топлива составил около 70 л/моточас. Во втором режиме работа комбайна велась короткими интервалами времени, при крайне неравномерной загрузке с большими простоями из-за отсутствия автосамосвалов и по этой причине с продолжительным временем работы двигателя на холостом ходу. В этих условиях расход дизельного топлива не измерялся.

Заметим, что мировая практика работы комбайнов рассматриваемого типа свидетельствует, что при работе с автосамосвалами расход дизельного топлива в зависимости от конкретных условий составляет 50–60 л/моточас. Водой комбайн заправлялся в основном по мере необходимости примерно два раза в смену (через 3–4 часа).

За время опытно-промышленных работ ни один из резцов не был изношен и никаких замен не производилось (рис. 5).

* * *

Поставленная задача опытно-промышленных испытаний была решена:

-    комбайн обеспечивает селективную выемку сланца и породных прослоек;

-    при обеспечении транспортными средствами в достаточной мере, экономичность новой технологии не вызывает сомнений.

Журнал "Горная Промышленность" №5 2004