Комбайн Wirtgen 2500 SM на известняковом карьере Foreman

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH

Ю.Б.Панкевич, к.т.н., консультант фирмы Wirtgen International GmbH


Применение комбайна Wirtgen 2500 SM обеспечило существенное снижение затрат на цементном заводе, принадлежащем Ash Grove Cement Company (шт. Арканзас, США).

Исключены такие процессы традиционных горных работ, как бурение и взрывание, сокращаются объемы дробления, улучшается состояние карьерных дорог, и предоставляется возможность формирования водоотлива в более благоприятных условиях. Комбайн осуществляет четыре процесса в одном рабочем проходе: фрезерует массив, измельчает и грузит горную массу уменьшенного размера, которая может быть сразу реализована без дополнительного дробления. С переходом на новую технику отмечено значительное (на 58%) сокращение потребности в топливных ресурсах.


Сырьевой базой цементного завода Ash Grove является карьер Foreman. Потребность производства в карбонатном сырье составляет в среднем 5.5 тыс. тонн в сутки. Карьер работает 10 смен в неделю. Причем горные работы ведутся по следующему графику: первые три дня недели – в две смены, остальные четыре дня в неделю – в одну смену. Сырье из карьера транспортируется к первичной дробилке и от нее по конвейеру длиной 2.5 км – на цементный завод в склад семидневной емкости, предназначенный для стабилизации подачи мергеля из карьера.

Первоначально на горных работах применялся комплекс мобильного оборудования в составе двух рыхлительно-бульдозерных агрегатов модели Cat D-11 и трех самоходных скреперов модели Cat 657. Мергель разрабатывался рыхлителями. Разрыхленный материал доставлялся двумя-тремя самоходными скреперами. При загрузке скреперов использовались бульдозеры-толкачи.

Использование указанного оборудования предполагало наличие на рабочей площадке некоторого количества разрыхленного и готового к погрузке материала, который в случае сильного дождя значительно зармягчался. Для последующей отгрузки материал складировали на сухой площадке, где он обезвоживался, на что требовалось не менее 8 часов. Зачастую терялись одна или две смены, прежде чем возобновлялись добычные работы. Одновременно использование скреперов для разработки полускальных пород сопровождалось повышенным расходом шин.

К негативным факторам старой технологии следует отнести также трудности управления водоотливом и значительное пылеобразование.

Указанные проблемы предопределили поиск новых технологий на базе супер-современного горного оборудования. В результате выполненного анализа опыта разработки месторождений и изучения подходящего для данных условий оборудования было принято решение о разработке карьера Foreman технологией с использованием карьерного комбайна модели Wirtgen 2500 SM.

Комбайн был введен в эксплуатацию на площадке размером 150 м в длину и 40 м в ширину. При этих параметрах целесообразно проводить обучение персонала для получения навыков в работе параллельными полосами и сооружению съезда на каждый последующий слой после его отработки. Эти два аспекта являются ключом к производительной последующей работе на комбайне.

В начальный период комбайн работал по двум схемам: первая – с непосредственной погрузкой в автосамосвалы, вторая – с боковой отсыпкой в штабель, который образовывался при отработке комбайном четырех полос. Из штабеля материал экскавировался скреперами.

Преимуществом первой схемы является отсутствие переэкскавации и непрерывность погрузочного цикла, а недостатком – необходимость более широкой площадки для размещения самосвала в процессе погрузки.

Вторую схему удобно применять при проходке траншей и съезда. В этом случае комбайн работает непрерывно, т.к. отсутствуют потери времени на ожидание автосамосвалов. К недостаткам следует отнести необходимость переэкскавации.

Сначала с комбайном использовались два шарнирно-сочлененных автосамосвала модели TEREX TA-40 грузоподъемностью 40 тонн. Позднее для обеспечения производительности комбайна потребовалось еще два. В настоящее время используются четыре автосамосвала, на которых для увеличения вместимости смонтированы дверцы, закрывающие задний борт. Среднее время погрузки составляет 1.85 мин. В самосвал помещается 28–29 тонн мергеля. Рабочая скорость комбайна изменяется в зависимости от условий от 4.6 до 13.7 м/мин при глубине фрезерования от 23 до 48 см.

Исходя из указанных выше средних эксплуатационных параметров, техническая производительность комбайна (без учета затрат времени на замену автосамосвалов, маневры, время на ТО и т.п.) составляет: 9 м/мин ( 0.35 м ( 2.4 м ( 60 мин = 453.6 м3/час (952.5 т/час). При этом, как показали проведенные хронометражные наблюдения, рабочая скорость комбайна уменьшается с увеличением глубины фрезерования (рис. 1). Производительность комбайна зависит от параметров рабочей площадки (длины и ширины), времени на ожидание и замену автосамосвала, а также времени на маневры комбайна при выезде из забоя и въезде на забой. В табл. 1 приведены данные изменения производительности комбайна при различной длине рабочей площадки, а также различных значениях затрат времени на обмен автосамосвалов у комбайна при их погрузке и маневрах комбайна при смене забоя.

Анализ данных показывает, что производительность комбайна 2500 SM возрастает на 10–15% при увеличении длины рабочего хода со 150 до 450 метров. В случае сокращения времени на замену автосамосвалов на 14 сек. производительность комбайна возрастает на 7%, а сокращение времени на маневры комбайна на 1 минуту обеспечивает повышение его производительности на 2%.

Обобщенные результаты хронометражных наблюдений:

•    Потребная суточная производительность    5500 т

•    Расчетное время смены    8 час.

•    Число смен в сутки     2

•    Эксплуатационное время в сутки    14 час.

•    Требуемая часовая производительность    393 т/час.

Характеристика рабочего участка:

•    Длина рабочего прохода комбайна    152 м

•    Глубина фрезерования    43.2 см

•    Ширина полосы фрезерования    2.5 м

Расчетные данные производительности:

•    Объем выемки за рабочий проход    164.4 м3

•    То же, в тоннах    349 т

•    Количество погруженных

автосамосвалов за проход    11.62

•    Производительность комбайна    930 т/час.

•    Удельная производительность    15.5 т/мин.

•    Время погрузки автосамосвала    1.94 мин.

Определение производительности комбайна,

исходя из потребности горного производства:

•    Расчетная производительность комбайна

(60 мин. непрерывной работы в час)     566 т

•    Расчетная производительность комбайна

(50 мин. непрерывной работы в час)     471 т

•    Расчетное число погруженных

автосамосвалов в час    15.71

•    Производительность в сутки

(за 14 час. работы)     6600 т

Установлено, что материал после работы комбайна имеет крупность менее 120 мм, в результате чего потребность в крупном дроблении отпала.

Единственной причиной использования приемного отделения крупного дробления является определенный налаженный поток. Очень мало материала дробится в дробилке вторичного дробления. Ожидается, что если изменить расстояние между режущим инструментом на фрезерном барабане комбайна или изменить скорость вращения барабана можно обеспечить получение более мелкого материала.

Наблюдения показали, что для достижения хороших результатов при фрезеровании массива, расположение рабочего инструмента на барабане должно учитывать следующее:

•    с целью равномерного распределения нагрузки на резцы все они должны быть одновременно в контакте со скальным массивом;

•    в процессе работы каждый резец должен резать одинаковое количество материала, чтобы их износ был одинаков.

Исполнение фрезерного барабана должно быть устроено таким образом, чтобы отделенный от массива материал перемещался от резцов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, во внешнюю сторону по спиральным направляющим к центру барабана. При этом, четыре направляющих привариваются на рабочем барабане в виде сдвоенного встречного шнека, а через определенные промежутки на направляющих привариваются резцедержатели, в которых устанавливаются поворотные резцы. Цель направляющих состоит в том, чтобы быстрее переместить материал по рабочему органу к центру барабана и далее на первичный конвейер, сокращая этим эффект переизмельчения материала (материал, отделенный от массива резцами и находящийся свободно в камере рабочего барабана, додрабливается), и, при этом, повысить производительность комбайна.

Ширина барабана 2.44 м. Расстояние между смежными резцами 45 см. Количество резцов 78 шт.

В начале рабочий орган был оснащен резцами типа W47K17. Индекс K17 означает, что в резце используется твердосплавная вставка из карбида вольфрама, имеющая внешний диаметр 17 мм. Через месяц перешли на резцы меньшего типоразмера со вставкой K15, что обеспечивало лучшее внедрение резцов в массив и, соответственно, меньшую нагрузку на рабочий орган. При этом, удельный расход резцов составлял 1 шт. на 20 тыс. тонн.

Комбайн 2500 SM – машина с самой высокой скоростью вращения барабана, т.е. с самым высоким числом его оборотов в минуту.

При вводе комбайна в эксплуатацию было сразу же отмечено, что размер конечной продукции явно мельче, чем получался в процессе демонстрационных испытаний. Одновременно рабочая скорость комбайна была невысока и составляла около 5 м/мин.

Было принято решение поменять местами шкивы ременной передачи с целью уменьшения скорости вращения барабана. Шкив большего диаметра был установлен вниз, где ведущий вал входит в редуктор фрезерного барабана. Больший диаметр обеспечил меньшую скорость вращения барабана и, соответственно, меньшее число его оборотов в минуту. В результате, конечная продукция стала крупнее, зато рабочая скорость комбайна выросла до 8 м/мин.

Наряду с указанными выше преимуществами новой технологии, отмечено, что при переходе на комбайновую выемку добычные работы возобновлялись сразу после прекращения дождя. С использованием карьерного комбайна поверхность рабочей площадки не нарушается. Небольшой уклон площадки в сторону зумпфа решает все проблемы водоотлива.

Успешно решены проблемы пылеподавления. Карьерный комбайн 2500 SM оборудован собственной системой водоорошения, действующей в нескольких местах: в рабочей камере фрезерного барабана, на перегрузке с первичного на разгрузочный конвейер и вдоль самого разгрузочного конвейера. Одновременно использование поливочных машин на автодорогах полностью исключили пылеобразование на горных работах.

Журнал "Горная Промышленность" №6 2003