Основные тенденции развития экскаваторноавтомобильных комплексов

А.В. Самолазов, генеральный конструктор ООО «ИЗКАРТЭКС»;
Н.И. Паладеева, к.т.н., доцент, менеджер ООО «ИЗКАРТЭКС»;
А.А. Беликов к.т.н., доцент СанктПетербургского государственного горного университета

Открытый способ добычи неоспоримо превалирует сегодня как в мировой горной промышленности, так и в России и республиках постсоветского пространства. Основным видом технологического транспорта на открытых горных работах стал автомобильный транспорт. В США, Канаде, Южной Америке с помощью автосамосвалов перевозится более 85% горной массы, а в Австралии – практически 100%. В России и странах СНГ доля автотранспорта превышает 75% и имеет тенденцию к увеличению [1].

Развитие параметров автосамосвалов и экскаваторной техники непосредственно взаимосвязано. Как правило, выбор оптимального соотношения вместимости ковша экскаватора и грузоподъемности автосамосвала достигается выполнением условия погрузки кузова в 3–5 циклов экскавации.

Экскаватор ЭКГ1500Р на Талдинском разрезе ОАО «УК «Кузбассразрезуголь»

Экскаватор ЭКГ1500Р на Талдинском разрезе ОАО «УК «Кузбассразрезуголь»

Появление мощных карьерных лопат всегда инициирует создание большегрузных самосвалов, и наоборот. Погрузка в автосамосвалы обычно осуществляется с помощью канатных электрических экскаваторов (мехлопат) или гидравлических экскаваторов (с дизельным или электрическим приводом).

Ниже на диаграммах (рис. 1 и 2) показаны изменения грузоподъемности автосамосвалов (средней и максимальной) и вместимости ковшей мехлопат (ЭКГ) и гидроэкскаваторов (ЭГ) в м3, поставленных на предприятия горной промышленности мира в период 1978–2008 годы. Анализ рис. 1 и 2 показывает, что именно электрические мехлопаты определяют развитие экскаваторно-автомобильных комплексов и максимальные типоразмеры автосамосвалов.

Рис. 1 Динамика грузоподъемности автосамосвалов, поставлен ных на горные предприятия в период 1978–2008 годы

Рис. 1 Динамика грузоподъемности автосамосвалов, поставлен ных на горные предприятия в период 1978–2008 годы

У гидравлических экскаваторов, как и у канатных мехлопат, прослеживается тенденция увеличения вместимости ковша, но создание крупных гидроэкскаваторов ограничено рядом причин:

- сравнимая с канатными машинами цена при меньшем в 2–3 раза сроке службы;

- высокая по сравнению с мехлопатами себестоимость экскавации;

- невозможность селективной разработки тонких пластов; - небольшая скорость перемещения по сравнению с меньшими типоразмерами.

Можно говорить о том, что мощные гидроэкскаваторы при достижении условного порогового уровня вместимости ковша порядка 20 м3. теряют технологические преимущества по сравнению с мехлопатами, а именно мобильность и возможность селективной выемки.

В 2000-е годы гидроэкскаваторы стали интенсивно поставляться на горные предприятия России и республик СНГ. К настоящему времени уже накоплен опыт эксплуатации этих машин в золотодобывающей, угольной, горнохимической и железорудной отраслях [2].

Дизельный привод гидравлических экскаваторов дает им мобильность и независимость от источников питания, что позволяет иметь более высокую скорость перемещения по сравнению с канатными лопатами, перемещать экскаватор из забоя в забой, что важно при необходимости шихтовки полезного ископаемого. Дизельные гидроэкскаваторы особенно целесообразно применять на стадии строительства карьера и на предприятиях, где отсутствует электроснабжение.

Однако гидравлические экскаваторы из-за меньшей длины стрелы и рукояти значительно уступают канатным мехлопатам по высоте отрабатываемого уступа. Так, отработка взорванного 15-метрового уступа (высота развала которого может превышать 20 м), как показал многолетний опыт эксплуатации, успешно выполняется экскаваторами ЭКГB10, ЭКГB12, ЭКГB15. Но не возможна гидравлическими экскаваторами средней мощности и даже мощными с ковшами более 20 м3. В таких условиях применение гидроэкскаватора требует разделения уступа на два подуступа, что значительно усложняет и удорожает горные работы.

Рис. 3 Сравнение параметров рабочей зоны канатного и гидравлического экскаваторов

На рис. 3 и 4 сравниваются параметры забоя и зоны погрузки канатной лопаты и гидравлического экскаватора, сопоставимых по вместимости ковша [3].

Рис. 4 Сравнение размеров погрузочной зоны автосамосвала канатным и гидравлическим экскаваторами

Очевидно, что параметры забоя и зона погрузки автосамосвала канатным экскаватором имеют большие размеры, чем гидравлические экскаваторы. То есть эксплуатация мехлопаты значительно безопаснее и требует меньше передвижек. Важным критерием выбора выемочно-погрузочной машины становится срок ее эксплуатации. Электрический канатный экскаватор может находиться в работе 17–20 лет и даже более с возможностью проведения фирмой-изготовителем модернизации (совершенствование привода, системы управления и диагностики и т.п.).

В то время как эффективный срок эксплуатации гидроэкскаватора 6–7 лет. Поэтому, если срок отработки месторождения более 15 лет, то для объемов горных работ, выполненных одним канатным экскаватором за весь срок службы, гидравлических машин потребуется не менее двух. Это значительно увеличивает капитальные затраты на оборудование. Следует отметить, что конструкция мехлопат более ремонтопригодна, не требует высокотехнологического обслуживания. Отсутствие высокоточных сопряжений упрощает монтаж и ремонт узлов, повышает надежность машин в целом, в первую очередь, за счет относительной простоты конструкции и «априори» – неприхотливости в эксплуатации, что позволяет выполнять ряд ремонтов непосредственно в карьере.

Один из важнейших факторов, влияющих на стабильность и надежность работы экскаватора – это сложность климатических условий эксплуатации: высокие и низкие температуры с резкими перепадами, которые снижают эффективность работы гидропривода. При этом мехлопаты, имеющие более широкий температурный порог, продолжают работать в штатном режиме.

Также необходимо учитывать, что канатные электрические экскаваторы более экологичны в применении, так как при их работе отсутствуют вредные выхлопы как у дизельных двигателей, и не требуется утилизация больших объемов горюче-смазочных материалов, как для гидравлических машин. И все это присутствует в течение значительного срока службы этих машин.

Согласно современным международным требованиям в действие вступает стандарт Stage IV (последней версии Tier 4) по выхлопу отработавших газов для внедорожной техники. Стоимость двигателей класса Tier 4 Interim вырастет минимум на 15%, в отдельных же случаях – значительно больше. На эксплуатирующихся и вновь проектируемых экскаваторах возникнет необходимость их оснащения системами избирательного каталитического восстановления для двигателей Tier 4 Final, что значительно повлияет на конструкцию и стоимость машин. В противном случае фирма, эксплуатирующая дизельный экскаватор, будет вынуждена нести дополнительные финансовые расходы на платежи и штрафы, связанные с экологическими ограничениями.

Надежность экскаватора характеризует количество аварийных (неплановых) простоев. На рис. 5 дано сравнение суммарных неплановых простоев за 1999–2003 гг. различных типов экскаваторов на одном из крупнейших в мире золотодобывающих карьеров «Мурунтау» (Республика Узбекистон) [2].

Рис. 5 Суммарные неплановые простои экскаваторов в карьере «Мурунтау» в период 1999–2003 годы

Следует отметить сроки ввода в эксплуатацию экскаваторов: - Caterpillar Cat-5230 – 1995–1996 гг.;

- Hitachi EX-3500 – 1996 г.;

- O&K Terex RH-170 – 1996–1999 гг.;

- ЭКГB15 (ООО «ИЗ-КАРТЭКС») – 1992 г.

Канатный экскаватор ЭКГB15, срок эксплуатации которого к 1999 г. превысил 7 лет, имеет суммарные простои в 1.3–1.8 раза меньше, чем гидравлические экскаваторы 1995–1999 гг. поставки. Причем, удельные затраты на экскавацию 1 м3 горной массы на этом же предприятии канатными экскаваторами в 1.6–2.7 раза ниже, чем гидравлическими машинами (рис. 6). Эти факторы стали решающими при выборе оборудования для обновления парка добычных машин на карьере «Мурунтау»: в 2005–2008 гг. было приобретено 8 экскаваторов ЭКГB10 и ЭКГB15 производства ООО «ИЗ-КАРТЭКС».

Рис. 6 Динамика удельных затрат на экскавацию горной массы гидравлическими экскаваторами (ЭГ) и мехлопатами (ЭКГ)

Экономическая эффективность канатных мехлопат по сравнению с гидроэкскаваторами подтверждается также опытом эксплуатации на ряде угольных предприятий Кузбасса. Так, в 2008 г. затраты на ремонт и эксплуатацию гидравлических экскаваторов Liebherr R9350 (срок ввода в эксплуатацию 2007 г.) и Liebherr R-994 (2006–2007 гг.) составили порядка 48–72 млн. руб. по сравнению с затратами 5–10 млн. руб. для экскаваторов типа ЭКГB8И, ЭКГB10, ЭКГB15 (все «ИЗ-КАРТЭКС», поставки 1976–2005 гг.). Это определило стоимость экскавации 1 м3 для гидроэкскаваторов 10.4–16.7 руб./м3, для мехлопат – 3.3–6.2 руб./м3. То есть себестоимость экскавации канатными машинами на угольных предприятиях в 1.7–4 раза ниже, чем гидроэкскаваторами.

В России одним из ведущих производителей экскаваторной техники является компания ООО «ИЗ-КАРТЭКС». Она имеет более чем 50-летний опыт производства карьерных экскаваторов. Основу парков добычной техники всех крупных горных предприятий России, Казахстана, Украины и Узбекистана составляют машины ООО «ИЗ-КАРТЭКС». Это ЭКГB8И, ЭКГB10, ЭКГB12.5, ЭКГB15 и их модификации.

Сегодня стратегия компании направлена на разработку новой линейки экскаваторов с ковшами вместимостью 10–65 м3: ЭКГB12К, ЭКГB20, ЭКГB30, ЭКГB50. Каждый типоразмер экскаватора спроектирован под автосамосвал оптимальной грузоподъемности, исходя из условий их загрузки за 3–5 циклов экскаватора (рис. 7).

Рис. 7 Соответствие типоразмерных групп новой линейки экскаваторов ООО «ИЗКАРТЭКС» грузоподъемности автосамосвалов

Как видно из рис. 7, новая линейка экскаваторов «ИЗКАРТЭКС» включает четыре типоразмерные группы: I – ЭКГB12К с ковшами вместимостью 10–16 м3, базовый ковш 12 м3. Предназначен для замены в парках горных предприятий экскаваторов ЭКГB8И и ЭКГB10.

II – ЭКГB20 с ковшами вместимостью 16–24 м3. Базовый ковш 18 м3 для машины с реечным напорным механизмом ЭКГB18Р и 20 м3 для машины с канатным типом напорного механизма ЭКГB20К (рис. 8). Экскаватор перспективен как для угольных, так и для рудных горнодобывающих предприятий при наращивании объемов добычи. III – ЭКГB30 с ковшами вместимостью 20–50 м3. Базовый ковш 32 м3 для машины с реечным напором ЭКГB32Р и 35 м3 для машины с канатным напором ЭКГB35К.

Рис. 8 Экскаваторы нового поколения ООО «ИЗКАРТЭКС» с реечным и канатным типом напора: ЭКГ-18Р и ЭКГ-20К

Рис. 8 Экскаваторы нового поколения ООО «ИЗКАРТЭКС» с реечным и канатным типом напора: ЭКГ-18Р и ЭКГ-20К

Рис. 8 Экскаваторы нового поколения ООО «ИЗКАРТЭКС» с реечным и канатным типом напора: ЭКГ-18Р и ЭКГ-20К

Основные заказчики машины – активно развивающиеся угольные предприятия и горно-металлургические компании, осваивающие новые крупные месторождения полезных ископаемых.

IV – ЭКГB50 с ковшами вместимостью 40–65 м3. Базовый ковш – 55 м3. Экскаватор предназначен для применения на мощных угольных разрезах и карьерах новых перспективных месторождений.

Эффективность применения экскаваторов новой линейки по сравнению с серийными машинными ЭКГB10 и ЭКГB15 обеспечивается:

- высокой производительностью за счет применения ковшей большей вместимости;

- снижением расхода запчастей и трудоемкости технического обслуживания за счет увеличения ресурса основных механизмов и металлоконструкций, применения автоматической системы централизованной смазки, современных канатов большей ходимости и других конструкторских новаций;

- применением современной системы приводов, снижающей энергопотребление;

- применением информационно-диагностической системы, обеспечивающей диагностику и защиту механического и электрического оборудования, учет основных технологических параметров экскавации;

- обеспечением комфортных условий труда экипажа за счет применения нового кабинного модуля;

- увеличением нормативного срока эксплуатации машины с 17 лет до 20 лет;

- повышением эффективности использования автосамосвалов большой и особо большой грузоподъемности 120–250 т и более. Если сравнить экскаваторы новой линейки ООО «ИЗКАРТЭКС» с зарубежными аналогами производства мировых лидеров Bucyrus и P&H Mining Equipment, то снижение себестоимости добычи при применении экскаваторов ООО «ИЗ-КАРТЭКС» будет достигнуто за счет: - экономии капитальных затрат (на 62–90%), складывающейся из разницы цены приобретения экскаватора EXW (50–70%), разницы стоимости доставки (7–15% цены экскаватора EXW) и отсутствия ввозной таможенной пошлины (5% цены экскаватора EXW); - снижения эксплуатационных расходов на 30% и более при применении расходных материалов (зубья, канаты, горюче-смазочные материалы и проч.) отечественного производства и запчастей меньшей (на 20% и более) стоимости. В мае 2009 г. на Талдинском разрезе ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» принят в эксплуатацию экскаватор ЭКГ@1500Р с ковшом вместимостью 18 м3, изготовленный в цехах ООО «ИЗ-КАРТЭКС». Он подтвердил свои технические характеристики и показал среднюю часовую производительность 1000–1200 м3. Проект ЭКГ@1500Р выполнен конструкторами ООО «ОМЗ – ГО и Т (Группа Уралмаш-Ижора)» Санкт-Петербург. Воплощение новой стратегии ООО «ИЗ-КАРТЭКС» начато с производства экскаватора ЭКГ@12К. В августе 2009 г. планируется отгрузка опытного образца для железорудного комбината ОАО «Олкон» (Северсталь-Ресурс). Завершены проектные работы по экскаваторам новой линейки ЭКГ-18Р и ЭКГ-32Р. Поставка этих машин планируется в 2010–2011 гг. на угольные разрезы ОАО «УК «Кузбассразрезуголь». Переоснащение парков выемочно-погрузочной техники на предприятиях России, Казахстана, Украины, Узбекистана экскаваторами новой линейки ООО «ИЗ-КАРТЭКС» диктуется все большей долей автосамосвалов грузоподъемностью 120–250 и более тонн в транспортных парках карьеров.

ИЗ-КАРТЭКС


ЛИТЕРАТУРА:

1. Ю.А. Бахтурин. Современное состояние карьерного транспорта. Каталогсправоч ник «Горная техника 2005», стр. 6–16.

2. П.А. Шеметов, С.К. Рубцов, А.Г. Шлыков. Опыт эксплуатации гидравлических и ка натных экскаваторов в карьере «Мурунтау». «Горный журнал» №10/2006, с. 67–71.

3. Достижение пиковой производительности. Выбор экскаватора для высокопроизво дительной и низкозатратной эксплуатации. P&H MineProServeces. 2003 “Harnischfeger Corporation”.

Журнал "Горная Промышленность" №4 (86) 2009, стр.20