Применение карьерного комбайна WIRTGEN 2100 SM

М.Пихлер, президент фирмы Wirtgen International Ю.Б.Панкевич, к.т.н., консультант фирмы Wirtgen International С.В.Коробович, к.т.н, технический директор фирмы G.U.A.M.

Управление бокситов Киндии (УБК) эксплуатирует месторождение бокситов Дебеле бокситовой провинции Киндия, расположенное в 100 км восточнее столицы республики Гвинея г.Конакри.

Рудник Дебеле производственной мощностью 3 млн. т руды в год введен в эксплуатацию в 1974 году по двухстороннему соглашению с СССР с целью поставки бокситовой руды в СССР. Одним из основных потребителей сырья является Николаевский глиноземный завод (Украина).

Производственная мощность рудника обеспечивается одновременной работой трех участков, на которых эксплуатируется четыре карьера.

Руда и каменистая вскрыша разрабатываются с помощью буровзрывных работ. На бурении взрывных скважин диаметром 160 мм используются станки шнекового бурения СВБ-2М и УГБ-50. Взрывание в сухой сезон осуществляется с помощью смеси АС+ДТ, во влажный - Сигмажель.

В качестве погрузочного оборудования используются экскаваторы-мехлопаты ЭКГ-5А (3 шт.) и колесные погрузчики Caterpillar 988 В (2 шт.).

От карьеров бокситовая руда в автосамосвалах БелАЗ-548 грузоподъемностью 42 т транспортируется к отделению дробления на расстояние 1.85 км (Центральная залежь) и 4.6-5.4 км (Северо-Западная залежь).

Бокситовые залежи представлены сложноструктурными пластами малой и средней мощности, а перекрывающие породы - покровными суглинками.

Бокситы в основном представлены каменистыми (54%) и рыхлыми (46%) разновидностями, первые представляют собой трещиноватые породы, состоящие из глыб и блоков величиной от 0.2 до 1-2 и более метров (в среднем 0.4-0.6 м), вторые -мелкими глыбами каменистых разностей с щебенисто-дресвяно-глинистым заполнителем в количестве от 50 до 90% , часто слабо цементирующим крупные обломки. Глинистая фракция в заполнителе, как правило, не превышает 5-10% .

Характерной особенностью бокситов является наличие в них интервалов с низким содержанием глинозема в виде гнезд или линз площадного развития. Подобные безрудные интервалы, сложенные некондиционными бокситами и определенные по данным опробывания скважин, отмечаются повсеместно. Мощность их составляет от 1 до 3 метров. Содержание полезных и вредных компонентов изменяется соответственно от 30 до 40% Al2O3 и от 3 до 10% SiO2.

При подсчете запасов, исходя из традиционной технологии с применением буро-взрывных работ, эти прослои включены в контуры рудных тел.

В этих условиях существующая горная техника и, соответственно, традиционная технология, имеющая ограниченные возможности в части селективной выемки, не может обеспечить качественную выемку полезного ископаемого из недр.

Одновременно по данным рудника в охранных целиках в настоящее время на Центральной и Малых залежах оставлены запасы в количестве соответственно около 1.6 и 3.3 млн.т, которые при существующей технологии с применением буровзрывных работ не могут быть отработаны.

В этой связи весьма актуальным являлся поиск альтернативных технологий, обладающих лучшими показателями в области селективной выемки и большей безопасностью.

Новая технология с использованием карьерных комбайнов Wirtgen Surface Miner при разработке скальных пород обеспечивает безвзрывную, тонкослоевую выемку с получением в забое мелкокускового материала, не требующего последующего крупного и среднего дробления, что позволяет снизить затраты производства.

После выполнения соответствующего технико-экономического обоснования фирма Raznoimport Trading Company of Guinea приобрела комбайн Wirtgen 2100 SM, а горное общество G.U.A.M. в ноябре 2000 г. запустило его в эксплуатацию.

Первоначально при пуске комбайна в эксплуатацию одной из основных задач было установление принципиальной возможности производительной разработки бокситовых руд в условиях повышенной влажности при жарком тропическом климате, а также определение эксплуатационных параметров работы комбайна и влияние их на фракционный состав горной массы.

К началу добычных работ по новой технологии на участке Центральный в пределах целиков взрывоопасных зон были выделены запасы, представляющие собой залежь, разделенную безрудными зонами на три прилегающих друг к другу участка и на них оконтурены карьерные поля №№1-3 с запасами от 100 до 300 тыс. т.

На карьере №1 был подготовлен участок размерами 250-300X70-100 м, с поверхности которого бульдозером были удалены кустарник и отдельные деревья с перемещением остатков растительности и растительного слоя в выработанное пространство ранее действовавшего карьера.
Рельеф поверхности рабочей площадки был осложнен неровностями. Для начала работ была выбрана наиболее высокая часть рабочей площадки с размерами по длинной стороне около 100-120м.

Одновременно, исходя из возможностей и особенностей новой тонкослоевой технологии, на карьерном поле №1 была произведена доразведка с уточнением контура балансовых запасов бокситовых руд, в результате которой были приращены запасы в количестве около 15 тыс. тонн со средним содержанием Al2O3 - 47% и выемочной мощностью около 1 метра.

При традиционной технологии указанные запасы относились к потерям.

Первый и второй проходы комбайном были выполнены вдоль границ будущего карьера: по длинной стороне - вдоль верхней бровки нижележащего уступа со сбросом фрезеруемой горной массы через разгрузочный конвейер на нижний горизонт, по торцам - за пределы карьера, а также с погрузкой в автосамосвалы и последующей вывозкой в отвал.

В период подготовительных работ (с 19.10 по 16.11.2000 г.), которые включали выравнивание площадки, зачистку кровли рудного пласта и строительство склада руды в основном из некондиционных руд, было удалено около 12 тыс.т скального грунта.

В дальнейшем, начиная с 17 ноября 2000 года, добываемый боксит грузился комбайном в автосамосвалы КрАЗ-256 (рис. 1) и транспортировался на прирельсовый склад, расположенный на расстоянии около 1.5 км от места добычных работ.

По мере понижения площадки фронт постоянно увеличивался, хотя с достижением новых отметок выполнение вспомогательных работ распространялось на участки с невыровненной поверхностью с локальными выемками и буграми, и приходилось продолжать профилирование. При этом средние значения глубины фрезерования значительно уменьшались и, как следствие, увеличивалась длина и время погрузки автосамосвала. В этих условиях время погрузки самосвала составляло около 4-6 мин. при производительности около 150-200 т/ч.

Учитывая падение рельефа по длинной стороне площадки (около 2%) при отработке каждого последующего слоя руды в верхнем торце участка перпендикулярно длинной стороне первоначально проходились врубовые выработки (рис. 2) шириной до 15 метров, что позволяло при работе комбайна по длинной стороне вмещать в этой выработке автосамосвал и комбайн при выполнении погрузочных работ.

В противоположной стороне площадки указанные механизмы выезжали на поверхность площадки, где проблем с выполнением маневров при переходах на новую полосу фрезерования не наблюдалось.

Первоначально при фронте работ до 150 м применялась схема с обратным холостым ходом. Данные первичного хронометража показали, что рабочая скорость комбайна составляла около 10 м/мин, а транспортная - при холостом ходе 40-45 м/мин.

При ровной поверхности площадки, когда мощность фрезеруемого слоя изменялась в пределах 15-25 см, время погрузки автосамосвала соответственно составляло около 2-3 мин.

При увеличении фронта работ перешли на схему с разворотом в конце рабочего хода и фрезерованием в обратном направлении. Время на разворот и установку комбайна на новую полосу составляло 3.5-4 мин.

После 15 дней эксплуатации, когда размеры площадки по длинным сторонам достигли 250-280 м при ширине 80-90 м перешли на работу по технологической схеме горных работ, приведенной на рис. 3.

Эта технологическая схема характеризуется непрерывным движением комбайна по передвигающейся петле с постоянными параметрами, определяемыми расстоянием между двумя смежными проходами равным двум радиусам поворота комбайна. В этом случае, как показали хрономет-ражные наблюдения, время на заезд комбайна из врубовой выемки на новую полосу составлял около 1 мин.

В общем виде первые несколько проходов (на рис. 3 показаны три прохода) осуществляются по периметру блока (карьера) по поточной схеме, и процесс фрезерования прерывается только тогда, когда радиусы поворота уменьшаются до минимально возможного. Этот параметр составляет примерно 6-7 размеров ширины барабана, т.е. для комбайна модели 2100 SM около 14 метров. Затем по коротким сторонам блока по три прохода с каждой стороны (проходы с IV по IX) выполняются в поперечном направлении по челноковой схеме.

После выполнения указанных выше вспомогательных работ комбайн начинает осуществлять производительную работу и, как указано на схеме, проходы с 1 по 12 осуществляются в продольном направлении. При этом рабочий цикл включает: заезд комбайна из врубовой выработки в центр блока на полосу 1 (см. рис. 3), фрезерование этой полосы, поворот в противоположной врубовой выработке, заезд на полосу 2 и ее фрезерование в обратном направлении, разворот в исходной врубовой выработке и заезд на полосу 3, после чего циклы повторяются.

Было изучено влияние эксплуатационных параметров работы комбайна на выход отдельных фракций в добываемой карьерным комбайном бокситовой руде.

Для этих целей фронт длиной 250 метров был разбит на три участка, в каждом из которых комбайн работал с различной толщиной фрезеруемого слоя: 20-25 см, около 15 см и около 10 см. При этом добываемый боксит отсыпался комбайном на площадку, образуя вдоль фронта длинный штабель. Затем через каждые 10 м этот штабель в перпендикулярном направлении разрезался узкими траншеями через все сечение, боксит из этой траншеи рассевался соответствующими ситами и каждая фракция взвешивалась. Таким образом определялся выход каждой фракции.

Результаты выполненных работ (таблица 1) позволили для комбайна 2100 SM установить мощность фрезеруемого слоя 15-17 см, при кото-
рой в добываемом боксите полностью исключается выход кусков более 95 см, что обеспечивает получение в забое готовой к реализации продукции. Об этом свидетельствует также отправка первой партии добытой комбайном руды потребителю.

При обоснованной глубине фрезерования были проведены хрономет-ражные наблюдения в течение двух смен за погрузкой комбайном автосамосвалов КрАЗ-256 грузоподъемностью 14.5 т.

Обработка данных хронометража показала, что в среднем, в зависимости от микрорельефа площадки, которая служит забоем, время погрузки автосамосвала изменялось от 2 до 5 мин, составляя в среднем около 3 мин при длине погрузки одного автосамосвала 26-28 метров и глубине фрезерования 16-17 см. Рабочая скорость комбайна составляла 8-10 мин. В этих условиях производительность комбайна составляет около 280 т/час.

Всего в 2000 году за период с 17 ноября по 29 декабря (29 рабочих дней, работа в две смены по 6 часов каждая) вывезено на склад 45.4 тыс. т бокситовой руды со средним содержанием Al2O3 – 45% и SiO2 – 1.69%. Суточная производительность комбайна в зависимости от условий работы и организационных причин в основном изменялась от 1.4 до 2 тыс.т, составляя в среднем 1.6 тыс.т. Расход дизельного топлива в среднем составил 90 л/ час, расход резцов с твердосплавной вставкой 17 мм составил около 1.9 шт. на 1000 т, а со вставкой 13 мм – 2.7 шт. Испытания различных типов резцов продолжаются.

Первый опыт применения безвзрывной тонкослоевой разработки бокситов с помощью комбайна Wirtgen Surface Miner модели 2100 SM показал безусловную эффективность перехода бокситовых карьеров бассейна Киндия на новую технологию, что позволит на 2–3 доллара снизить себестоимость производства горных работ.

Применение этой технологии позволит также расширить сырьевую базу, как за счет ввода в эксплуатацию запасов, расположенных в целиках взрывоопасных зон, так и за счет слоев боксита мощностью менее 2 м (некондиционных при традиционной технологии). Так на ограниченном участке, где в настоящее время работает комбайн, в результате доразведки были приращены запасы в количестве 15 тыс.т c мощностью пласта около 1 м и содержанием Al2O3 – 47%, которые ранее относились к потерям.

Кроме этого, ввод в отработку близлежащих к промплощадке запасов позволит также снизить влияние ухудшающих себестоимость факторов, связанных со значительным (в 3–4 раза) нарастанием дальности транспортирования с новых участков, ввод которых обусловливается истощением действующей сырьевой базы.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2001