Драги для горной промышленности XXI века

Многочерпаковая драга в течение 120 лет была «рабочей лошадкой» при разработке россыпных месторождений. В XIX веке драги производили в США, Англии и Голландии, откуда их экспортировали по всему миру. Большое их число поступало и в Россию – на Урал, в Сибирь и на Дальний Восток. В горной промышленности их сначала применяли для добычи золота, но потом стали использовать и на разработках платины, олова, алмазов и других минералов.

Впоследствии в мировой практике добычи твердого материала из-под воды появились и другие способы черпания и оборудование для этого. Целый ряд устройств нашел применение и в добыче минерального сырья дражным способом. Однако черпаковая цепь пока остается вне конкуренции при разработке плотных пород, валунистого сырья и вечномерзлых песков. Нередко в ряде иных случаев она успешно конкурирует с другими устройствами, однако, это отдельная тема.

Сначала драги были небольшими, потому что вначале для добычи использовали машины, применявшиеся на очистке и углублении портов и каналов. Затем конструкцию стандартных землечерпалок удлинили для того, чтобы разместить на борту обогатительную фабрику, состоящую из грохота-бутары, конвейера для отвода надрешетного продукта, шлюзов для извлечения золота из песков и хвостового желоба, по которому хвосты сбрасываются позади драги. Драги в то время, как правило, были паровыми.

Практика требовала, чтобы драги могли черпать глубже, больше и более плотный грунт. Поэтому размеры драг и их масса росли. От паровых машин перешли к использованию бортовых дизельных двигателей или береговых электроподстанций. Замена шлюзов отсадочными машинами позволила увеличить извлечение. Для разработки шельфовых россыпей, таких как оловянные россыпи в Таиланде и Индонезии, конструировались особые модели драг.

Так логика развития превратила драги в большие плавучие фабрики, представляющие собой массивный конгломерат оборудования, требующий значительного времени для сооружения и значительных затрат для приобретения. К 30-м годам прошлого столетия драги приобрели знакомые нам конструкцию и очертания, которые практически не менялись до конца XX века.

Невысокие цены на золото после второй мировой войны и перенос акцента в золотодобыче на рудные месторождения не способствовали развитию этого вида добычной техники. Последние 50 лет спрос со стороны золотодобытчиков на драги был невысок и поэтому таких драг было построено очень немного. Именно поэтому знаменитая американская компания Yuba Manufacturing Corporation, драги которой до сих пор нередко можно увидеть работающими в России, прекратила их выпуск. Британская компания F.W.Payne & Sons какое-то время еще выпускала драги для разработки оловянных месторождений в Тихоокеанском регионе, однако значительное падение цен на олово с середины 1980-х годов привело к пересыханию ручейка заказов и в этом секторе рынка. F.W.Payne & Sons вынуждена была в 1999 г. прекратить выпуск таких драг. Ясно, что столь слабый мировой рынок отнюдь не способствовал развитию новых технических разработок в сфере драг. В России строительство драг также велось без привнесения радикальных технических новшеств и практически прекратилось к настоящему времени.

Лишь голландская IHC Holland, крупнейший производитель дражного оборудования для гражданского строительства и горной промышленности, продолжала производить значительный диапазон драг, в том числе и многочерпаковых, для обеих этих сфер. Устойчивый рост спроса на драги для гражданского строительства позволяет компании продолжать вести научно-исследовательские разработки, в том числе и в сфере усовершенствования конструкции и изготовления многочерпаковых драг. Фактически к настоящему времени IHC оказалась единственной в мире компанией, производящей многочерпаковые драги нового поколения. Данная статья и ставит своей целью познакомить читателей с одной из современных концепций, в основу которой положено применение нового принципа конструкции черпаковой цепи и ее привода. Авторы планируют в серии статей ознакомить читателей с другими техническими нововведениями в мировом опыте конструирования многочерпаковых драг.

Новая концепция конструкции черпаковой цепи

Увеличение производительности и глубины черпания драг вели к тому, что черпаковая рама становилась все более массивным элементом, с массивной же цепью, образуемой сплошной линией тяжелых черпаков, соединенных вплотную друг к другу массивными пальцами, и приводимой в движение монстрообразными верхним и нижним барабанами. Соответственно, все тяжелее и массивнее должны были быть и роликовые опоры. Так, черпаковая рама стала самым дорогим и очень чувствительным к износу элементом конструкции драг.

В начале 1990-х гг. в Западной Европе для разработки промышленных песков был разработан новый тип небольших драг. В качестве черпаковой цепи в таких драгах стали применять две стандартные цепи, применяемые Caterpillar на своих бульдозерах. На образованную из них черпаковую цепь драги навешивают дражные ковши. Такое решение было вызвано привлекательностью идеи использовать в качестве цепи серийно производимый продукт, обладающий высокой износоустойчивостью и относительно небольшим весом, а также возможностью применять в сочетании с такой цепью столь же стандартные и обладающие теми же положительными качествами другие компоненты конструкции привода, такие как ведущая звездочка, заменившая верхний барабан, механизм цепной передачи, натяжные и опорные ролики.

На основе этой конструкционной концепции компания IHC Holland разработала в середине 90-х годов большую многочерпаковую драгу для горной промышленности. Так как не удалось найти серийного продукта, который можно было бы использовать в новом приводе в качестве нижнего барабана, компания разработала и запатентовала нижний барабан особой конструкции для использования совместно с цепями техники Caterpillar. Наличие такого нижнего барабана требовалось для того, чтобы обеспечить совместимость драги новой конструкции с традиционно применяемой технологией перемещения драги по дражному забою, позволяющей избежать оставления значительных межходовых целиков. В драге нового поколения для маневра и перемещения по забою, а также для стопорения кроме бортовых лебедок, применяется и носовая лебедка, что позволяет отказаться от тяжелых свай и механизма управлениями ими.

Преимущества новой конструкции

Многочерпаковая драга, использующая черпаковую раму новой конструкции с применением цепей от бульдозеров Caterpillar, имеет следующие преимущества перед традиционными драгами:

• Элементы конструкции рамы являются серийно выпускаемым продуктом, прошедшим испытания многолетней практикой применения и постоянно совершенствовавшимся в этот период. При их изготовлении применяются наиболее прочные и износоустойчивые сплавы. Стандартные конструкционные элементы применяются в оборудовании многих других фирм, помимо собственно Caterpillar.

• Стоимость конструкционных узлов черпаковой рамы новой конструкции значительно меньше, чем эквивалентных узлов традиционных драг, что в сочетании с уменьшившимся общим весом рамы ведет к значительному общему снижению стоимости драги.

• Срок поставки комплектующих значительно сокращается, т.к. это стандартные узлы, постоянно имеющиеся на складе у поставщиков. Это, в свою очередь, существенно сокращает срок изготовления и поставки всей драги.

• Механические сопротивления в черпаковой цепи новой конструкции значительно ниже, чем в традиционной, что значительно снижает энергопотребление на единицу производительности.

• Плавность движения цепи снижает износ.

• Новая конструкция позволяет увеличить скорость вращения цепи без увеличения износа.

• Существенно снижается уровень шума при работе.

• Запчасти значительно дешевле и меньший их объем нужно держать в резерве, т.к. будучи стандартными, они могут быть быстро поставлены поставщиками, обычно в течение 24 часов.

• Обслуживание конструкционных узлов значительно облегчается. Черпаки можно заменить в течение получаса, барабаны и привод – в течение значительно меньшего времени, чем ранее. Легко можно заменить черпаки меньшей емкости на большие и наоборот. Черпаки более не являются конструкционной частью собственно цепи, что снижает общую зависимость узла от локальных повреждений.

• Можно менять расстояние между черпаками на цепи. Это дает в руки оператору дополнительную возможность регулировки при выборе оптимальных параметров (скорость вращения цепи и расстояние между черпаками).

• Применение новой конструкции черпаковой рамы дает большую гибкость в схемах отработки дражных забоев. Стопорение драги при помощи сваи заменено использованием лебедки. Кроме того, при использовании драг новой конструкции, повторное драгирование хвостов сводится к минимуму. Дражный забой может иметь ширину 100 м и более.

Заключение

С разработкой новой концепции конструкции черпаковой цепи, использующей стандартные, серийно изготовляемые конструкционные элементы и новый конструкционный принцип реализации цепного привода, была создана многочерпаковая драга нового поколения, которую можно эффективно применять при разработке россыпных месторождений. Время изготовления таких драг и их стоимость значительно снижены по сравнению с традиционными драгами. Их применение дает прирост в производительности при облегчении эксплуатации и ремонта, снижении уровня шума и уменьшении затрат. Все это позволяет эффективно разрабатывать более бедные россыпи, перерабатывать лежалые хвосты и производить вскрышу торфов при минимальных затратах. К тому же эти драги более экологичны.   

Журнал "Горная Промышленность" №5 2001