Комбайны Wirtgen Surface Miner на открытых горных работах: история развития, масштабы применения и перспективы расширения

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH;
Ю.Б. Панкевич, к.т.н., менеджер по продажам фирмы Виртген-Интернационал-Сервис

Традиционная технология горных работ на основе буровзрывной подготовки горной массы к выемочно-погрузочным работам характеризуется, наряду с ухудшением горнотехнических условий разработки, ростом затрат на производство горных работ, обусловленным постоянным повышением цен на ВВ, топливо, материалы и услуги. Один из путей снижения затрат на горные работы и карьерный транспорт – переход на высокорентабельные технологии с применением принципиально нового для открытой разработки оборудования, способного при работе совмещать основные процессы горного производства, такие, как бурение, взрывание, погрузка и значительную часть дробильного передела.

Горные комбайны Wirtgen Surface Miner представляют собой один из доминирующих видов оборудования, которое осуществляет фрезерование массива с одновременной погрузкой и получением в забое куска крупностью менее 50 мм (около 80–90% общего количества), что позволяет снижать затраты на горное производство и дробление.

Фото 1 Комбайн 2200 SM на карьере известняка при работе по технологии «windrows» (ЗАО «Кавказцемент»)

Фото 1 Комбайн 2200 SM на карьере известняка при работе по технологии «windrows» (ЗАО «Кавказцемент»)

Объединение Wirtgen Group к настоящему времени – мировой лидер в области создания машин для строительства и содержания автомобильных дорог, и представляет собой группу фирм, комплексно решающих вопросы дорожного строительства – от производства сырья (бетонные и асфальтобетонные заводы) до серийного выпуска дорожных машин различных типов и назначений.

В течение последних 25 лет фирма Wirtgen GmbH, параллельно с вышеперечисленной основной продукцией, освоила производство принципиально нового для открытой разработки месторождений оборудования – карьерных комбайнов Wirtgen Surface Miner.

Следует отметить, что в 1970-х годах ряд горнодобывающих компаний, в основном в Австралии и США, поддержали программы научных исследований и проекты машиностроительных фирм, направленные на создание машин и механизмов для открытой безвзрывной разработки месторождений полезных ископаемых. Многие известные фирмы-производители горнодобывающих машин участвовали в этих программах и разработали пионерные образцы машин для разрушения горных пород механическим способом.

Однако, к настоящему времени ни одна из фирм не продолжила разработок в этой области и только фирма Wirtgen последовательно продолжает свою деятельность в области создания новых и совершенствования освоенных машин для безвзрывной тонкослоевой выемки полезных ископаемых при открытом способе разработки месторождений. В самом начале были созданы три прототипа комбайна в виде модели 3000 SM.

С помощью этих машин, в рамках специальных проектов и в соответствии с программами развития угольной отрасли в Бразилии, США и Австралии были проведены соответствующие опытнопромышленные работы.

Первый комбайн модели 3000 SM был поставлен в 1980 г. в Австралию. Второй комбайн модели 1900 SM в 1983 г. был изготовлен для карьера по добыче гипса в Южной Африке. В 1985 г. был создан и продан в США комбайн для разработки крепких скальных пород модели 3500 SM, который по настоящее время находится в эксплуатации.

Важным и знаменательным стал 1989 г., так как было принято решение на базе самой удачной дорожной фрезы 2100 DC создать версию горного комбайна 2100 SM для горнодобывающей промышленности. В этом же году комбайн модели 4200 SM был введен в эксплуатацию на угольном разрезе в Австралии, для селективной разработки сложноструктурных угольных пластов. В 1995 г. был создан и поставлен в Ливию на объекты ирригационного строительства комбайн модели 3700 SM. Первые модели комбайнов 4200 SM и 3700 SM стали «родителями» новой концепции комбайна 4200 SM, о котором мы расскажем ниже.

Фото 2 Демонстрация комбайна 4200 SM на симпозиуме фирмы Wirtgen в Германии (20 марта 2009 г.)

Фото 2 Демонстрация комбайна 4200 SM на симпозиуме фирмы Wirtgen в Германии (20 марта 2009 г.)

Год 2000-й оказался переломным в деле модернизации конструкции всего ряда комбайнов. Принципиальным стал полный перевод всех машин на гидромеханическую (клиноременную) передачу и на четырехтележечный ход; возросли мощность и рабочая масса машин, был внесен также ряд усовершенствований в системы управления и обслуживания машин, в том числе с использованием непрерывной компьютерной диагностики всех операций, выполняемых комбайном.

Начиная с 2000 г. по настоящее время, из 470-ти выпущенных машин Wirtgen модели W2200, 125 выполнены в модификации горный комбайн модели 2200 SM, из них 101 – с обычным и 24 – с расширенным барабанами.

Комбайны с расширенным барабаном используются при технологии «windrows», – при которой отбитая комбайном горная порода не загружается через конвейер в транспортный сосуд, а укладывается на рабочей площадке рядами («валками»), располагаемыми в межгусеничном пространстве комбайна (фото 1).

Комбайн для добычи угля может оснащаться барабаном шириной 3800 мм, для разработки некрепких известняков – шириной 2500 мм.

Для разработки широкой гаммы скальных пород, от малопрочного мергеля, до крепкого гранита изготовлено 48 единиц комбайнов модели 2500 SM.

Опыт создания и эксплуатации карьерных комбайнов, 277 единиц которых (из них только в 2008 г. – 43 ед.) переданы на карьеры и разрезы, позволил крупномасштабно реализовать концепцию безвзрывной разработки массивов горных пород, как в горной промышленности, так и в гражданском строительстве.

Комбайны Wirtgen Surface Miner создаются для разработки широкой гаммы горных пород. В настоящее время накоплен значительный опыт использования этих комбайнов в Японии (породы с прочностными характеристиками 120–250 МПа), в США (до 120 МПа), в Ливии (80–140 МПа) и в Индии. При этом каждый комбайн создается для конкретных горно-геологических условий.

Фото 3 Работа комбайна 2500 SM на Сокольско#Ситовском карьере (ОАО «Липецкцемент»)

Фото 3 Работа комбайна 2500 SM на Сокольско-Ситовском карьере (ОАО «Липецкцемент»)

В настоящее время на карьерах по добыче цементного сырья и гипса, расположенных в 26 странах мира, используются около 80 горных комбайнов. Наибольшее количество – 30 комбайнов моделей 2100 SM, 2200 SM и 2500 SM – эксплуатируются в Индии, где три ведущие компании по производству цемента (Амбуя Цемент, Мадрас Цемент и Индия Цемент) на своих карьерах применяют исключительно безвзрывную технологию горных работ. Здесь комбайны начали применяться с 1996 г. и, на сегодняшний момент, каждый из них проработал от 8 до 12 лет. На ряде карьеров по добыче гипса и цементного сырья в США находятся в эксплуатации 26 комбайнов фирмы Wirtgen GmbH.

С учетом богатейшего опыта работы комбайнов Wirtgen почти на всех континентах и во всех климатических зонах Земли уже в новом тысячелетии разработаны более совершенные концепции машин и новый параметрический ряд горных комбайнов, который включает три базовые модели: 2200 SM, 2500 SM и 4200 SM.

Сравнительные технические характеристики карьерных комбайнов 2500 SM и 4200 SM

Особое место в ряду комбайнов Wirtgen занимает новая концепция модели 4200 SM, выпущенной в начале 2009 г. и созданной конструкторами фирмы с учетом пожеланий австралийских инженеров. Особое внимание было уделено созданию комфортных условий работы оператора, для чего, кабина размещена на левой передней ходовой тележке и таким образом изолирована от основного корпуса машины. Благодаря такой компоновке при работе комбайна обеспечивается защита от вибрации и снижение шумовых нагрузок от двигателя.

Кроме того, для дальнейшего гашения вибрационных нагрузок кабина монтируется на специальных резиновых амортизаторах. Предусмотрен также ряд других усовершенствий: дополнительная шумоизоляция, кондиционирование воздуха, удобное поворотное (±135°) кресло и панорамное остекление. Органы контроля и управления комбайном размещены в подлокотниках. Кабина комбайна может поворачиваться в горизонтальной плоскости на угол ±45° относительно оси его движения при фрезеровании.

Разгрузочный конвейер поворачивается на угол 180°. Конструктивно комбайн способен вести безопасную погрузку горной массы в карьерные автосамосвалы грузоподъемностью 240 т. Конструкция противовеса комбайна способствует производству горных работ в непосредственной близости к верхней бровки откоса уступа.

Машина выпускается в двух модификациях (см. табл.). Особое внимание при создании комбайна 4200 SM было уделено простоте и эффективности его техобслуживания, которое является ключом для сокращения времени непроизводительного использования и повышения его эксплуатационной производительности. Поэтому ко всем основным агрегатам обеспечен простой и безопасный доступ. В частности, отсек обслуживания привода фрезерного барабана легко доступен для сервис-инженера, стоящего на рабочей площадке. Комбайн оснащен центральной топливосмазочной станцией.

Интервалы штатного техобслуживания двигателя увеличены до 1000 машино-часов. Специальная конструкция разгрузочного конвейера упрощает операции по замене конвейерных лент. Общий вид комбайна, изготовленного для разработки железорудных месторождений Австралии, приведен на фото 2.

Пионером в области интенсивного освоения безвзрывной тонкослоевой технологии разработки месторождений полезных ископаемых в России, является холдинг «ЕВРОЦЕМЕНТ групп», на карьерах которого к настоящему времени по новой технологии добыто свыше 10 млн. т сырья.

Одно из направлений программы модернизации горных цехов цементных заводов, реализуемой в настоящее время холдингом «ЕВРОЦЕМЕНТ групп» – переход на технологию горных работ с использованием комбайнов фирмы Wirtgen. Этому способствует накопленный положительный опыт освоения новой технологии на Джегутинском карьере ОАО «Кавказцемент», где с начала ее применения было добыто около 9.3 млн. т известняка, в том числе в 2005 г. – 480 тыс. т; в 2006 г. – 3.0 млн. т; в 2007 г. – 3.5 млн. т и в 2008 г. – 2.3 млн. т. Фактический коэффициент использования комбайнов по времени составил 0.74 при непрерывном режиме горных работ. В рамках этой программы на ряде карьеров цементных заводов в настоящее время применяются комбайны большего типоразмера.

Так, с целью расширения производства ОАО «Кавказцемент», на Джегутинском карьере перешли на более мощные комбайны модели 2500 SM (2 шт.), первый из которых за два месяца работы добыл около 400 тыс. т известняка, при сменной производительности – около 5 тыс. т (более подробно см. журнал «Горная Промышленность», №1(77)/2008).

Следующим объектом для этого выбран карьер известняка Липецкого цементного завода (см. «Горная Промышленность», №4(80)/2008 г.). С момента ввода комбайнов в эксплуатацию и до конца 2008 г. по безвзрывной технологии было добыто около 530 тыс. т сырья.

Фото 4 Комбайн Wirtgen 2500 SM при безвзрывной разработке бокситовых месторождений (Гвинея)

Фото 4 Комбайн Wirtgen 2500 SM при безвзрывной разработке бокситовых месторождений (Гвинея)

В третьем квартале 2009 г. запланирован ввод в эксплуатацию комбайна 2500 SM на карьере известняка Пикалевского цементного завода. Таким образом, в 2009 г. на карьерах цементных заводов холдинга «ЕВРОЦЕМЕНТ групп» будут работать пять комбайнов модели 2500 SM.

При разработке бокситовых месторождений Киндия и Баландугу (Гвинея) –активы РУСАЛа новая технология используется уже около 10 лет, где в работе находятся 5 комбайнов моделей 2100 SM, 2200 SM и 2500 SM (фото 4). За эти годы было добыто около 8 млн. т бокситов, в том числе около 3 млн. т высококачественных руд, ранее отчужденных во взрывоохранные целики.

Накопленный опыт комбайновой технологии позволил специалистам РУСАЛа в этот период ввести в эксплуатацию месторождение Баландугу без сооружения традиционного дробильного корпуса, что позволило значительно уменьшить при этом капиталовложения на строительство рудника. За 2005–2008 гг. на этом месторождении было добыто свыше 5 млн. т руды. Таким образом, с 2000 г. в Гвинее комбайнами Wirtgen добыто свыше 12 млн. т бокситов.

В Австралии компанией Fortescue Metals Group Ltd. в течение трёх лет реализуется один из крупнейших в мире проектов по разработке железорудного месторождения (район Пилбара). В настоящее время, основным добычным оборудованием служат 19 комбайнов модели 2500 SM. Проектная годовая производительность карьера составляет около 45 млн. т.

Доказанная на практике высокая эффективность эксплуатации комбайнов этой модели и уверенность в надежности техники Wirtgen обеспечили контракт на поставке еще пяти машин модели 4200 SM для этого предприятия.

Безвзрывная разработка массивов горных пород комбайнами Surface Miner позволяют обеспечить 100% безопасность горных работ в районах, где они запрещены с применением буровзрывного рыхления. Это обеспечивает эксплуатацию запасов, заключенных в целиках взрывоохранных зон: это, как правило, участки, расположенные близко к заводу, к жилым зданиям, к транспортным и другим магистралям. Одновременно, в определенных горнотехнических условиях, сокращается дальность транспортирования добытого полезного ископаемого при соответствующем уменьшении доли транспортной составляющей в себестоимости продукции. Эта задача актуальна для Михайловского, Невьянского, Спасского и других цементных заводов России.

В последнее время фирма Wirtgen достаточно тесно сотрудничает с холдингом «ЕВРОЦЕМЕНТ груп». В рамках этой работы изучены физико-механические свойства полезных ископаемых ряда других месторождений холдинга с позиций на предмет возможности их разработки комбайнами. Мировой опыт, накопленный за более чем 20-летний период ведения горных работ по безвзрывной, экологически более безопасной технологии, позволяет утверждать, что карьерные комбайны Wirtgen Surface Miner на открытых горных работах при добыче различных полезных ископаемых могут являться основной горнодобывающей машиной и обеспечивать возможность:

• производительной, без применения БВР, выемки горных пород прочностью до 120 МПа (в отдельных случаях до 200–250 МПа);

• тонкослоевой селективной разработки месторождений полезных ископаемых, представленных любыми залежами, в том числе сложно-структурными пачками и пластами, обеспечивая высокую степень полноты и качества извлечения полезного ископаемого из недр;

• автономного и быстрого ввода в эксплуатацию выемочнопогрузочного горного оборудования – без общепринятых для традиционного горного оборудования больших сроков монтажа и необходимости содержания определенной инфраструктуры для этого;

• получать из карьера горную массу, фракционный состав которой не требует последующего крупного и, частично, среднего дробления и пригодную для транспортировки конвейерным транспортом;

• работы автосамосвалов на спрофилированной поверхности с заданными поперечными и продольными уклонами, для движения машин.

Журнал "Горная Промышленность" №2 2009