Буровое и горнотранспортное оборудование железо-рудных карьеров России и стран СНГ

 

Буровое и горнотранспортное оборудование железорудных карьеров России и стран СНГ

С.П. Решетняк, д.т.н., советник директора ООО «СПб-Гипрошахт»;
А.В. Самолазов, генеральный конструктор ООО «ИЗ-КАРТЭКС»;
Н.И. Паладеева, к.т.н., доцент, менеджер по технологическим связям ООО «ИЗ-КАРТЭКС»

Рост мировой экономики 2005-2007 годов способствовал интенсивному росту объемов производства железорудного сырья предприятиями России, Украины и Казахстана. В табл. 1 приведена динамика показателей развития и докризисные планы акционеров по наращиванию мощностей по добыче сырой руды наиболее крупных железорудных комбинатов стран СНГ.

На рис. 1 показана суммарная добыча по предприятиям табл. 1. Если в 2005-2007 годах объемы увеличились на 55 млн. т (14% от уровня 2005 г.), то в перспективе до 2015 г. планируется рост более чем на 100 млн. т (23% от 2007 г.). Соответственно увеличатся и объемы вскрышных работ. Очевидно, что достижение подобных планов возможно только при техническом перевооружении оборудования карьеров. С другой стороны, мировой экономический кризис, начавшийся в 2008 году, заставляет искать пути повышения эффективности использования бурового, выемочно-погру-зочного и транспортного оборудования. Ниже будут проанализированы существующие парки и показатели эксплуатации буровых станков, экскаваторов и автосамосвалов, находящихся в эксплуатации в настоящее время на карьерах железорудной отрасли, и предлагается высокоэффективная техника нового поколения для замены в парках морально и физически устаревших машин.


Рис. 1 Динамика суммарной добычи сырой руды по пятнадцати железорудным предприятиям России и стран СНГ

Буровое оборудование

 

Табл. 1 Добыча сырой руды и докризисные планы развития 15-ти железорудных предприятий стран СНГ

Табл. 2 Использование бурового оборудования на железорудных карьерах стран СНГ

 

Основу парков бурового оборудования железорудных карьеров России, Украины, Казахстана (всего около 200 ед.) составляют станки шарошечного бурения СБШ250МН про-изводства УГМК-Рудгормаш (порядка 160 ед.). Кроме того, используются станки СБШ-270ИЗ (ООО «ИЗ-КАРТЭКС»), D75KS (Sandvik Tamrock - Driltech), PV-275 (Atlas Copco -Ingersoll-Rand), SKS (Terex -Reedrill). В табл. 2 дана информация по паркам буровых станков ГОКов с показателями их эксплуатации.

Как видно из табл. 2, годовая производительность буровых станков даже одного типа колеблется в значительных пределах. Например, для СБШ250МН от 24 тыс. п.м. на ОАО «Михайловский ГОК» до 64 тыс. п.м. на ОАО «Коршуновский ГОК», что объясняется различием свойств буримых пород. Но можно проанализировать показатели эксплуатации в условиях одного комбината - ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий». Здесь бурение выполняют четыре типа станков: российские СБШ250МНА (и модификации) производства УГМК-Рудгормаш и СБШ270ИЗ (ООО «ИЗ-КАРТЭКС») и американские D75KS (Sandvik Tamrock - Driltech) и SKS (Terex - Reedrill). Ниже в табл. 3 показаны их технические характеристики.

 

 

Рис. 2 Структура затрат на бурение станками типа СБШ


 

Рис. 3 Структура затрат на бурение зарубежными дизельными станками

По данным табл. 2 для буровых станков ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий» видно явное преимущество SKS и D75KS перед СБШ250МНА и СБШ270ИЗ по годовой производительности. Это объясняется дизельным приводом, дающим мобильность, полной автоматизацией вспомогательных операций бурения (наращивание става, замена долота, горизон-тирование станка и проч.), что снижает время на бурение и переезд от скважины к скважине и между забоями. Приводы всех механизмов SKS и D75KS гидрофицированы, что дает хорошее регулирование и оптимизацию параметров бурения.

Анализ структуры затрат на бурение отечественными и зарубежными станками (рис. 2 и рис. 3) показывает, что при бурении последними расходы на дизельное топливо составляют до 38% всех затрат. Если сравнить стоимость бурения 1 п.м. для каждого станка, то, приняв за 100% себестоимость СБШ270ИЗ, у СБШ250МНА она составит 110-140%, у SKS - 160-220%, а у D75KS - 200%. Следует учесть также, что зарубежные станки - новые, и пока затраты на их ремонты незначительны, но будут расти с каждым годом эксплуатации.

Чтобы определить целесообразность применения зарубежных буровых станков с дизельным приводом, сравним показатели при бурении пород разных категорий. На рис. 4 видна точка пересечения значений себестоимости для отечественных и зарубежных станков. Она соответствует породам X-XI

категории буримости, т.е. переход от средне- к труднобуримым породам. При работе на породах легко буримых (V-VI категории) и средней трудности бурения (VII-IX категории) производительность зарубежных дизельных станков в 3 и более раза превышает производительность отечественных станков с электроприводом. Так, практика применения станков DML и DM-M2 (оба Atlas Copco) на угольных разрезах Кузбасса показала их производительность 21-26 тыс. п.м./мес. и более. В то время как для отечественных 3СБШ200-60, СБШ250МНА и СБШ-270ИЗ - 4,2-5 (до 9) тыс. п.м./мес. При такой разнице в производительности себестоимость бурения зарубежных станков ниже на 10-30% и экономическая эффективность их применения очевидна [2]. Но при бурении труднобури-мых пород (XI и выше категории) себестоимость бурения зарубежных дизельных станков в 1,5 и более раза превышает себестоимость бурения отечественных, что ставит под сомнение необходимость приобретения зарубежной буровой техники на большинстве железорудных карьеров.

Табл. 3 Технические характеристики буровых станков парка ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий»

 

Для удержания рынка бурового оборудования необходимо создание линейки отечественных буровых станков, как с дизельным, так и с электроприводом, конкурентных в любых условиях применения.

Основные направления развития для российских производителей буровых станков это:

- гидрофикация приводов основных механизмов (механизма подачи, вращателя, механизма хода и т.д.), что позволяет автоматизировать основные и вспомогательные операции и оптимизировать параметры бурения;

- для карьеров с труднобуримыми породами (X-XIII и выше категорий) комплектация станков современным электроприводом (предприятия Центрального и Уральского регионов, Украины);

- для карьеров с породами средней трудности бурения (IX и ниже категорий) комплектация станков по требованию заказчика дизельным приводом (предприятия Северо-Западного и Сибирского регионов, Казахстана);

- для карьеров с легко буримыми породами (IV-V категорий) комплектация станков дизельным приводом.


 

Рис. 4 Зависимость эффективности бурения от категории буримых пород

Годовая производительность буровых станков нового поколения должна достигать 70-90 тыс. п.м. для пород X-XV категорий и 100-120 тыс. п.м. и более для пород IX и ниже категорий, что обеспечит низко затратную и высокоэффективную эксплуатацию.

Выемочно-погрузочное оборудование

На крупных железорудных карьерах СНГ находится в эксплуатации порядка 490-500 ед. карьерных лопат и гидравлических экскаваторов. Характеристики парков экскаваторов по предприятиям приведены в табл. 4.

Для повышения объемов добычи на железорудных карьерах в 2006-2009 гг. находят применение гидравлические экскаваторы с вместимость ковшей 15-27 м3. Это экскаваторы фирм Hitachi EX-2500 (15 м3), EX-3600 (21 м3), EX-5500 (27 м3), Komatsu PC-3000 (15 м3), PC-4000 (19 м3), Terex RH-120 (17 м3). Российские производители на данный момент не могли предложить карьерные мехлопаты с вместимостью ковша более 15 м3 с опытом эксплуатации на добыче железных руд.

История формирования экскаваторного парка железорудной отрасли России, Украины и Казахстана показана в таблице 5 и на рис. 5. Приведенная динамика количества поставленных экскаваторов, их средней вместимости ковша показывает также влияние предыдущего экономического кризиса конца 1990-х - начала 2000-х годов и развитие отрасли в последнее пятилетие.

Основу экскаваторных парков (табл. 4) составляют машины производства ООО «ИЗ-КАРТЭКС» ЭКГ-8И, ЭКГ10 и их модификации. Сегодня стратегия ООО «ИЗ-КАРТЭКС»

предусматривает переход на выпуск современных экскаваторов ЭКГ12К, ЭКГ20, ЭКГ30. В табл. 6 приведены их технические характеристики.

В таблице 7 дан анализ показателей эффективности экскаваторов новой линейки ЭКГ12К, ЭКГ20 и ЭКГ30 в сравнении с серийными машинами ЭКГ10 и ЭКГ15. Так как условия экскавации и организация горных работ на железорудных карьерах значительно различаются и годовая производительность экскаваторов варьируется в зависимости от них (см. табл. 4), то сравнение выполнено в относительных единицах к показателям экскаватора ЭКГ10.

Табл. 4 Структура экскаваторных парков и показатели их эксплуатации на железорудных карьерах (по данным ИГД УрО РАН [1])

 

Табл. 5 Средняя вместимость ковша и объем поставок экскаваторов на предприятия железорудной отрасли России и других стран СНГ

 

 

 

Рис. 5 Динамика поставок карьерных экскаваторов на железорудные карьеры России и других стран СНГ

Эффект от внедрения экскаваторов нового поколения ООО «ИЗ-КАРТЭКС» достигается не только за счет ковшей большей вместимости. Нормативный срок эксплуатации увеличен с 17 до 20 лет. Ресурс работы основных механизмов повышен с 40 тыс. до 50 тыс. моточасов, срок службы металлоконструкций поворотной платформы и рабочего оборудования равен сроку эксплуатации машины, что обеспечивается применением современных высокопрочных сталей, прогрессивных конструкторских

Табл. 6 Основные параметры экскаваторов новой линейки ООО «ИЗ-КАРТЭКС»

 

Табл. 7 Сравнение показателей технико-экономической эффективности применения экскаваторов

 

решений и методов расчета, позволяющих оптимизировать конструкцию уже на стадии компьютерной разработки. Все это, а также использование автоматической системы централизованной смазки и современных канатов большей ходимости позволяет снизить расходы запчастей и время на обслуживание экскаваторов, при этом увеличив межремонтные периоды. Современные системы приводов (ТП-Д, ТрП-Д и переменного тока с частотным регулированием) снижают энергопотребление на 12-15%, а информационно-диагностическая система обеспечивает диагностику и защи-

ту механического и электрического оборудования, учет основных технологических параметров экскавации.

Экскаватор ЭКГ12К (рис. 6) должен заменить в парках горных предприятий морально и физически устаревшие ЭКГ8И, ЭКГ10 и их модификации. Эффективность его применения (табл. 7) -повышение производительности на 20-40% и снижение себестоимости добычи более чем на 12-15%. Первая машина ЭКГ12К отгружена в третьем квартале 2009 г. и монтируется на железорудном предприятии ОАО «Олкон» в Мурманской области.

Для наращивания мощностей по добыче железорудного сырья рекомендуются экскаваторы ЭКГ18Р (рис. 7) и ЭКГ32Р (рис. 8) с реечным механизмом напора. На ОАО «Карельский окатыш» экскаватор с таким типом напора ЭКГ12 (производства ОАО «Урал-машзавод») показал среднегодовую производительность 1813 тыс. м3 (максимальная 2132 тыс. м3). Среднегодовая производительность ЭКГ10 в забоях карьеров ОАО «Карельский Окатыш» - 1395 тыс. м3 (табл. 4). При погрузке тяжелых скальных руд ЭКГ18Р может дать повышение производительности по сравнению с ЭКГ10 в 2,5-2,8 раза при снижении себестоимости экскавации на 19-21%. Экскаватор ЭКГ32Р увеличивает производительность в 3,5-4 раза при этом снижение себестоимости добычи на 20-22%.

Табл. 8 Показатели работы технологических самосвалов на железорудных карьерах (по данным ИГД УрО РАН [1])

 

Автомобильный транспорт карьеров

Парк технологических самосвалов, используемых на железорудных карьерах, показан в табл. 8.

Сегодня более 80% парка технологических самосвалов железорудных предприятий имеют грузоподъемность 120-136 т. Для эффективной работы автосамосвала его загрузка должна выполняться экскаватором в 3-5 ковшей. Забои железорудных карьеров имеют IV-V категории по экскавации горной массы. В таблице 9 рассчитано максимально допустимое число ковшей n и масса погруженного материала Мп при работе ЭКГ12К, ЭКГ20 и ЭКГ30 для коэффициента разрыхления породы в ковше йр=1,5-1,6; коэффициенте наполнения ковша kH=0,9; плотности породы в целике 2,9-3,5 т/м3. Масса погруженного материала Мп не должна превышать 1,1G, где G - паспортная грузоподъемность автосамосвала.


 

Рис. 6 Карьерный экскаватор ООО «ИЗ-КАРТЭКС» ЭКГ-12К с канатным типом напора


 

Рис. 7 Карьерные экскаваторы ООО «ИЗ-КАРТЭКС» с реечным и канатным типом напора: ЭКГ-18Р и ЭКГ-20К


 

Рис. 8 Карьерные экскаваторы ООО «ИЗ-КАРТЭКС» с реечным и канатным типом напора: ЭКГ-32Р и ЭКГ-35К

Таблица 9 показывает, что для основной доли парка автосамосвалов грузоподъемностью 120-136 т, применяемых на добыче железной руды (IV и V категории экскавации), наиболее эффективным будет экскаватор ЭКГ-20 (ковш 18 м3). Он выполняет погрузку в 3-4 ковша. При экскавации пород IV категории эффективна погрузка экскаватором ЭКГ-30 (ковш 28 м3) самосвалов грузоподъемностью 180-220 т.

Таким образом, парк экскаваторов железорудных карьеров (вместимость ковша среднесписочного экскаватора <10 м3, см. табл. 4) не соответствует грузоподъемности применяемых самосвалов. Повысить производительность самосвалов и эффективность их применения возможно переходом на эксплуатацию ЭКГ-12К, ЭКГ-20 и ЭКГ-30.

Выводы

1. В планах управляющих компаний 15-ти железорудных комбинатов России, Украины, Казахстана заложено увеличение до 2015 года суммарных объемов добычи железной руды на 23% к уровню 2007 г. или более чем на 100 млн. т/год. Соответственно, предполагается увеличение и годовых объемов вскрышных работ. Такой рост производительности карьеров по горной массе может быть достигнут только при техническом перевооружении парков современными буровыми станками, экскаваторами нового поколения ЭКГ-12К, ЭКГ-20, ЭКГ-30 и современными автосамосвалами, оптимальной к данным экскаваторам грузоподъемности.

Табл. 9 Расчет параметров погрузки автосамосвалов экскаваторами ЭКГ-12К, ЭКГ-20 и ЭКГ-30

Журнал "Горная Промышленность" №5 (87) 2009, стр.18