Применение карьерного комбайна Wirtgen 2200 SM при разработке Восточно-Бейского каменноугольного месторождения

Я.Ю.Ицков, первый Вице-президент Группы Сибирский Алюминий,
генеральный директор ЗАО «Компания Союзметаллоресурс»
С.В.Юдин, директор угольного дивизиона ЗАО «Компания Союзметаллоресурс»
А.Н.Леоненко, генеральный директор Восточно-Бейского разреза
А.С.Майнагашев, главный технолог Восточно-Бейского разреза
М.Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH
Ю.Б.Панкевич, к.т.н., консультант фирмы Wirtgen International GmbH

Восточно-Бейское каменноугольное месторождение расположено в республике Хакасия Российской Федерации. Восточный фланг месторождения, разрабатываемый Восточно-Бейским разрезом, представлен многопластовой залежью, содержащей 11 угольных пластов рабочей мощностью более одного метра. Подавляющая часть пластов имеет среднюю мощность от 1 до 3.5 м. Угольные пласты характеризуются сложным строением, состоят из 2–3 до 10 пачек угля, разделенных прослоями аргиллитов, алевролитов, реже песчаников. Мощности породных прослоев изменяются от 1 см до 1 метра.

Строение залежи усложняется многочисленными зонами слияния и расщепления угольных пластов, которые образуют комплексы из двух и даже трех самостоятельных пластов. К мощным пластам относятся: пласт 19 (6.2 м) и слитный пласт, занимающий центральную часть Восточно-Бейского разреза на участке слияния пластов 16а, 16 и 16’а, имеющий мощность 9.5–11 метров.

Углы падения пластов составляют в среднем 8°. Междупластья сложены, преимущественно, аргиллитами, реже песчаниками, углистыми аргиллитами, алевролитами и гравеллитами. Мощности междупластий колеблются от 2 до 25 метров. Прочностные свойства указанных пород изменяются от f = 3–4 до f = 6–8 по шкале Протодьяконова. Прочность угля около f = 1.5–2.

В настоящее время разрез отрабатывается по транспортной системе разработки с вывозкой вскрышных пород во внешние отвалы и частично во внутренний отвал. Работы ведутся с предварительным рыхлением пород и угля буровзрывным способом. Для бурения породы используются буровые станки БТС-150 и СБШ-250 МНА-32. Угольные пласты (60–75% от общего объема) обуриваются станками СБР-160 и БТС-150. На экскавации угля и пород используются канатные экскаваторы ЭКГ-5А. Из забоя уголь поступает на дробильно-сортировочный комплекс (ДСК), где дробится и делится на фракции: 50–200; 13–50 и 0–13 мм. Рассортированный уголь перевозится на углепогрузочную станцию, находящуюся в 6.5 км от ДСК.

В связи с постоянным ростом затрат на материалы и услуги рассмотрены варианты технологий, позволяющие снизить эксплуатационные расходы и улучшить качество добываемого угля.

Такой технологией является безвзрывная тонкослоевая отработка месторождений с использованием комбайна Wirtgen Surface Miner модели 2200 SM.

Основной целью опытно-промышленных работ было обеспечение требуемой технической производительности и минимального выхода мелких фракций (менее 13 мм) в процессе добычи угля комбайном.

Для этих целей комбайн в отличие от стандартного исполнения был оснащен специальным угольным рабочим органом с удлиненными резцами (вылет с 77 – у стандартных до 100 мм) и увеличенным (с 38 до 55 см) расстоянием между ними, что должно было обеспечить больший выход крупных фракций.

Участок, выделенный для начала работ, представлял собой восточный фланг слитного пласта 16 и 16’а, где эти пласты расщепляются междупластьем алевролитов и аргиллитов мощностью от 0.5 до 1.25 м. Каждый из указанных пластов имел мощность, соответственно, 2.4 и 1.7 метра. Поверхность рабочей площадки являлась кровлей пласта 16, зачищенной бульдозером. После бульдозерных работ остались участки с весьма сложным микрорельефом. Превышение отметок нижней бровки нерабочего борта над нижней бровкой рабочего борта составляло 4–5 м при ширине площадки около 40 м. Рабочая площадка характеризовалась сложными горнотехническими условиями. Она имела поперечный (6–8°) и продольный уклоны (10–12%), а по длине резкий поворот.

Работы были начаты в наиболее высокой части площадки, которая на протяжении 60 м граничила с нерабочим бортом и на протяжении 70–80 м – с выработанным пространством.

Принципиальная схема разработки двух наклонных пластов угля приведена на рис. 1. Как видно из рисунка, наклонные пласты отрабатывались горизонтальными проходами вкрест простирания. Ширина горизонтальной части рабочей площадки была кратной количеству проходов комбайна и по мере понижения забоя изменялась от 2.2 до 11–22 м.

Первые проходы комбайном были выполнены вдоль указанной выше границы. Причем вдоль нерабочего борта работа велась с погрузкой в автосамосвалы БелАЗ-7548 с учетной грузоподъемностью по углю – 15 т, при работе вдоль выработанного пространства – с перемещением пустых пород вниз под откос, а при добыче угля – с погрузкой в автосамосвалы.

При этом по мере понижения забоя ширина горизонтальной площадки увеличивалась, хотя доля работ, при которых комбайну приходилось работать с небольшой толщиной стружки, была значительна. На наклонных участках средние значения глубины фрезерования значительно уменьшались и, как следствие, увеличивалась длина и время погрузки автосамосвала.

На рис. 1а приведено положение, когда после отработки в прибортовой зоне верхнего угольного пласта, забой опустился на прослоек аргиллитов. После выемки аргиллита комбайн продолжает добычные работы по пласту угля. На рис. 1б показаны работы по аргиллиту, а на рис.1в показано ведение добычных работ по нижнему пласту угля с одновременным оформлением нерабочего борта в конечном положении.

В различные моменты ведения горных работ проводились соответствующие хронометражные наблюдения.

В табл. 1 приводятся обобщенные данные хронометража, в которых выделены составляющие цикла работы комбайна: время погрузки, время ожидания автосамосвала, время на замену автосамосвала под погрузкой, а также время на разворот комбайна в конце рабочего хода. Периоды наблюдений составляли от 1.5 до 3 часов.

Как показывает анализ, в первые два дня из-за сложного микрорельефа и переменной мощности стружки среднее время погрузки автосамосвала БелАЗ-7548 составляло около 4 мин. с колебаниями в отдельные моменты от 3 до 7 минут, что соответствовало технической производительности 225 т/час.

В последующие дни среднее время погрузки уменьшилось до 2–3 мин., что соответствовало технической производительности 285–420 т/час (рис. 2).

В зависимости от длины рабочего хода комбайна время на разворот занимало от 20 до 40%. При этом оно колебалось от 5 до 7 минут в зависимости от состояния поверхности площадки, где осуществлялся поворот, а также по мере наработки операторами практических навыков управления комбайном.

Недостаточное обеспечение комбайна автотранспортом приводило к тому, что велики были затраты времени на ожидание автосамосвалов. В первые три дня наблюдений это время составляло 20–30% общего времени, что приводило к потере производительности на 10–15%. Данные, зафиксированные в последующие три дня, когда комбайн был полностью обеспечен автотранспортом, свидетельствовали о росте эксплуатационной производительности.

Дальнейшие наблюдения позволили установить, что в условиях дефицита рабочих площадей целесообразна работа комбайна по челноковой схеме с обратным холостым ходом. Скорость обратного холостого хода составляла около 40 м/мин.

По мере отработки угольной толщи забой опустился на междупластовый прослой, представленный алевролитами и аргиллитами мощностью менее 1 метра. При традиционной технологии горных работ с применением экскаваторов-мехлопат этот прослоек попадал в угольную массу. За 9 дней работ за счет селективной добычи, осуществляемой комбайном, в отвал было вывезено более 3 тыс.м3 пустых пород, которые ранее включались в товарный уголь.

В период работ были изучены условия применения совместно с комбайном автосамосвалов МАЗ, грузоподъемностью 20 т (рис. 3). Время погрузки составляло 2.5–3 мин. При взвешивании на весах отмечено, что в зависимости от условий погрузки в МАЗ помещалось угля от 19 до 22 т.

Указанные выше работы проводились в сочетании с изучением влияния различных эксплуатационных параметров на фракционный состав добываемого угля. В процессе этих работ удалось оптимизировать эксплуатационные параметры работы комбайна: скорость рабочего и холостого хода, толщину стружки.

Данные, зафиксированные в первые два дня работ (табл. 2) позволили установить, что при толщине стружки около 15 см и высокой скорости вращения рабочего органа, выход мелочи (–13 мм) не превышает 25%, что соответствовало условиям контракта. Вместе с тем выход крупных классов составлял всего 22.4% при полном отсутствии класса более 100 мм.

После изучения полученных результатов, принято решение уменьшить скорость вращения рабочего органа, путем перестановки шкивов ременной передачи. Данные рассевов №2 и №3 (табл. 2) показали улучшение фракционного состава добываемого угля, но для дальнейшего повышения выхода крупных фракций было решено увеличить рабочую скорость комбайна до 20 м/мин.

Полученные в последующие дни данные (табл. 3) свидетельствуют о достижении оптимальных значений эксплуатационных параметров работы комбайна, что позволило обеспечить значительное повышение (свыше 50%) выхода угля крупных классов. При этом выход класса более 100–200 мм составил в отдельные периоды 18–30%, а класса 50–100 мм – 15–27%. При этом выход мелочи (класс менее 13 мм) также был сокращен и изменялся от 10.2 до 15%.

Установлено, что для условий разработки Восточно-Бейского разреза оптимальными эксплуатационными параметрами следует считать: глубина фрезерования – 25–30 см и рабочая скорость комбайна – 20–22 м/мин. При таких параметрах техническая производительность достигает 420 т/час, а эксплуатационная – 240 т/час. Эти же параметры позволяют обеспечить рациональный фракционный состав добываемого комбайном угля.

Возможность селективной разработки прослойков менее 1 м позволяет улучшить качество добываемого угля.     

Журнал "Горная Промышленность" №2 2002