Wirtgen Surface Miner в Индии. Опыт добычи известняка

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH
Ю.Б.Панкевич, к.т.н., эксперт фирмы International GmbH

К началу 2002 года в Индии на разработке месторождений известняка эксплуатировалось 20 комбайнов Wirtgen Surface Miner. Большинство из них используется в качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах известняка компаний Gujarat Ambuja Cement (7 комбайнов), Madras Cement (6 ед.) и India Cement (3 ед.), занимающихся производством цемента.

Изучение работы комбайнов проводилось на добыче известняка месторождений Alathiyur и Adanakurichi, эксплуатируемых цементными заводами фирмы Madras Cement.

Предпочтение комбайновой технологии на карьере Alathiyur на основе комбайнов Wirtgen Surface Miner было отдано в связи с невозможностью применения буро-взрывной подготовки массива из-за близости жилых строений поселка. Вместе с тем ожидалось, что применение тонкослоевой технологии горных работ обеспечит лучший фракционный состав продукта, отвечающий требованиям цементного завода, при существенном снижении затрат на дробление известняка.

Результаты, полученные в ходе эксплуатации первых машин в различных горнотехнических условиях, способствовали увеличению парка комбайнов до 20 единиц.


Известняковый карьер Alathiyur

Месторождение представлено пластами мелкозернистого известняка формации Niniyur, перемежающимися слоями мергеля и песчаника и перекрытыми черными и красными почвенными отложениями. Угол падения формации – 5–7°. Месторождение имеет невыдержанную по качеству структуру, что обусловлено наличием в пластах низкосортных известняков, прослоев карбонатных песчаников и мергеля. Отдельные части месторождения сложены валунными известняковыми формациями, вмонтированными в мергель. Известняки средней абразивности имеют плотность 2.3 т/м3, влажность 8–10% летом и 14% – в сезон дождей, и характеризуются пределом прочности на сжатие 30–60 МПа, на растяжение – 3.5–6 МПа при скорости сейсмических волн в пределах 700–1900 м/сек.

Карьерное поле разделено на южный и северный блоки. В свою очередь южный блок делится на Восточный участок, где эксплуатируются 4 карьера, Центральный и Западный участки.

Общая производственная мощность рудника, обеспечиваемая работой нескольких карьеров, составляет 1.8 млн. т известняка в год при двух добычных сменах (вторая и третья смены). Первая смена отведена полностью для техобслуживания и ремонтов техники.

При расчетных 250 рабочих днях в году суточная производительность рудника по известняку составляет 7200 т.

Вскрышные породы, представленные, главным образом, рыхлыми отложениями, разрабатываются гидравлическим экскаватором обратной лопатой с погрузкой в автосамосвалы грузоподъемностью 28 т.

Первый на руднике добычной комбайн модели 2100 SM был введен в эксплуатацию в январе 1996 года. Сегодня здесь уже работают 5 комбайнов, среди которых четыре – 2100 SM и один – 2500 SM (введен в 2001 году).

Для установления эксплуатационных параметров работы комбайнов и уровня их работоспособности и надежности был проведен комплекс исследований, включающий:

•    выборочный хронометраж с фотографией рабочего дня;

•    изучение динамики затрат на основные и вспомогательные материалы в натуральном и денежном выражении;

•    выполненные объемы добычи и достигнутая производительность с установлением факторов, влияющих на производительность комбайна.

Первые такие исследования были выполнены в 1999 году, когда на двух карьерах Восточного и на одном карьере Западного участков в течение нескольких дней проводился хронометраж работы трех комбайнов. Параметры карьеров: длина – около 600 м, ширина – 230 м.

При проведении опытных работ комбайны работали в блоках размерами 100–200(40 м и разрабатывали продуктивный слой пород, представленный писолитиковым плотным известняком мелковкрапленной текстуры.

Время хронометражных наблюдений работы каждого из трех комбайнов составляло от 3 до 7 часов в смену, суммарное время хронометража – около 50 часов. Все комбайны работали по челночным схемам без холостых проходов с разворотом на 180° в конце рабочего хода и фрезерованием в обратном направлении. В зависимости от конкретных параметров рабочей площадки количество разворотов изменялось от одного до восьми. Погрузка добытого известняка осуществлялась в автосамосвалы грузоподъемностью 20 т, а впоследствии в 28–30 тонные автосамосвалы, что позволило за счет сокращения времени на обмен машин под погрузку увеличить производительность комбайна на 10–15%.

Условия и результаты изучения эксплуатационных параметров работы комбайнов 2100 SM по данным хронометражных наблюдений представлены в табл. 1. Основные зафиксированные эксплуатационные параметры: среднее время погрузки автосамосвала – 6.33 мин.; время на разворот комбайна в конце рабочего прохода – от 5.4 до 11.27 мин. (среднее –7 мин 24 сек); среднее время на обмен автосамосвала при погрузке – 14 сек.

Глубина фрезерования изменялась от 0.16 до 0.18 м, составляя в среднем 0.17 м. Рабочая скорость комбайна в зависимости от прочности структуры пласта известняка изменялась от 4 до 7 м/ мин.

Три комбайна 2100SM за год добыли около 1.1 млн. т известняка. Месячная производительность при этом, в зависимости от потребности в известняке определенного качества, составляла от 20 до 50 тыс.т.

На диаграммах дана структура использования единицы рабочего времени смены (в расчете на час) на основные технологические процессы, а в табл. 2 приведены эксплуатационные показатели работы комбайнов за период 04.2000 – 03.2001 г. При этом, представленные в таблице «затраты на добычу» включают следующие статьи расхода: зарплата, запасные части, амортизационные отчисления и горюче-смазочные материалы.

Коэффициенты технической готовности и использования комбайнов во времени, представленные в табл. 3, определены за период их работы с 1.04. по 30.09.2001 года. Коэффициенты рассчитаны с учетом времени простоев из-за отказов комбайнов по техническим причинам и на приемку-сдачу смены, но без учета времени на ежесуточное текущее обслуживание и простои в ожидании автотранспорта.

Время на ежесменное техническое обслуживание комбайна составляет около двух часов за сутки и не учитывается при расчете коэффициента технической готовности, т.к. для технического обслуживания полностью отведена первая смена (8 часов). Коэффициент использования во времени не включает ожидание порожнего автотранспорта, а учитывает регламентные перерывы в течение смены.

Для оценки надежности комбайнов, работающих на руднике Alathiyur, были систематизированы данные по отказам отдельных механизмов трех комбайнов за 16-ти месячный период их эксплуатации (табл. 4).

Средняя периодичность отказов агрегатов, механизмов и узлов на трех комбайнах за период 04.1999 – 08.2001 г. приведена в табл. 5 и 6. Заметим, что к августу 2001 года каждая из машин имела среднюю наработку 14761 моточасов.

Наибольшее количество отказов имела ходовая система комбайнов, что объясняется наличием в ее конструкции четырех частей (ходовых тележек). В тоже время системы конвейеров комбайнов, как видно по данным табл. 6, отличаются существенно большей надежностью.

Известняковый карьер Adanakurichi

Первый комбайн модели 2100 SM поступил на карьер в марте 1996 года. Исследования на этом карьере начались в июне 1999 года и продолжились в октябре 2001 года. К окончанию исследований в декабре 2001 года там работало уже три комбайна.

Хронометражные данные и рассчитанные на их основе технико-технологические показатели добычи известняка комбайном 2100 SM (заводской №03.21.0270) представлены в табл. 7.

Выполненные исследования показывают, что комбайны 2100 SM в условиях карьера Adanakurichi развивают производительность от 141 до 184 т/час. За период работы комбайнов 2100 SM с января по июль 2001 года определены эксплуатационные показатели добычи известняка исходя из 325 рабочих дней в году и трехсменной работы (табл. 8).

Затраты на добычу известняка (см. табл. 8) включают те же статьи расходов, что и в табл. 2.

Коэффициенты технической готовности и использования комбайнов во времени, определены за период их работы с января по июль 2001 года, в течение которого они составляли 69.5% и 57.7%, соответственно (табл. 9).

За время работы комбайнов 2100 SM были выявлены особенности и трудности их использования в горно-технических условиях карьера Adanakurichi. Так, при разработке известняка на участках, представленных крепкими монолитными разностями крепостью 60 МПа и более на комбайне имели место повышенные вибрации. При разработке слоев, представленных валунным конгломератом, отмечался повышенный износ и порезы лент первичного конвейера. Кроме того, на влажной и скользкой поверхности рабочей площадки комбайны 2100 SM работали с пробуксовыванием гусениц. Полагая, что благодаря большей собственной массе комбайны типоразмеров 2200 SM и 2500 SM в этих условиях будут более эффективны, в 2001 году был поставлен комбайн 2500 SM на Восточный карьер Е4, имеющий размеры в длину 320 м и ширину 200 м по конечному контуру.

Проведение полного комплекса исследований работы комбайна 2500 SM, осуществлялось в условиях небольших площадкок, что предопределялось потребностями в известняке определенного качества и необходимостью интенсивного углубления дна карьера до начала сезона дождей.

В первый день исследований комбайн работал на площадке размерами 200(50 м, после окончания работ на которой он был переведен в забой, расположенный на площадке размером 100(40–50 м. На третий день был востребован известняк с низким содержанием карбонатов, который залегал на площадке размером 130(35 м. В это время разрабатывался слой карбонатных пород, представленный глыбами известняка различной формы.

Карьер разрабатывается двумя уступами. В период муссонных дождей подошва нижнего уступа используется как зумпф-водосборник, а добычные работы ведутся только на вышележащем уступе. В процессе работ комбайн создает наклонную площадку с уклоном 1Þ20 для стока воды в зумпф, или в период дождей делает эту площадку на подошве нижнего уступа.

При постановке борта карьера в конечное положение комбайн создает откос уступа с углом 70%.

Благодаря наличию в известняках внутренней (поровой) влаги, пыль при работе комбайна практически не образуется. В противном случае на комбайне включается система пылеподавления, предусматривающая подачу воды через форсунки в камеру рабочего барабана и на разгрузочный конвейер.

На комбайне 2500 SM при разработке крепких известняков не отмечалось ни пробуксовывания гусениц, ни вибрации.

Как и в условиях карьера Alathiyur, комплекс опытных работ включал хронометраж и исследования эксплуатационных параметров работы комбайна, определяющих его производительность, а также продолжительность выполнения различных операций. Результаты хронометражных наблюдений работы комбайна в три стадии с различным фронтом работ и полученные на их основе расчетные технико-технологические параметры приведены в табл. 10.

Хронометражными наблюдениями установлено: средняя продолжительность загрузки автосамосвала грузоподъемностью 28 т – около 2 мин.; время на разворот комбайна в конце заходки для челночного фрезерования – 6–12 минут, в среднем 9 мин. 20 сек.; продолжительность замены автосамосвала под погрузку – около 30 сек.

Сокращение фронта работ с 200 до 100 метров повлекло за собой увеличение количества разворотов комбайна от одного до пяти и, соответственно, увеличение суммарного времени на развороты с 6 до 50 мин, что в конечном итоге отрицательно сказалось на его производительности.

Глубина фрезерования составляла около 50 см, за исключением работы в последний день, когда она определялась мощностью слоя известняка востребованного потребителем качества. Рабочая скорость комбайна составила в среднем около 7 м/мин.

Анализ хронометражных данных показывает, что основная часть внутрисменных простоев приходится на ожидание порожних автосамосвалов. В отдельные периоды с комбайном использовалось от 7 до 4 автосамосвалов, в то время как для высокоэффективной работы при значительном расстоянии транспортирования требовалось 10 шт.

Валунная структура слоя известняка также создавала трудности для работы комбайна. Валуны застревали между режущим барабаном и передней плитой. Последняя не могла быть поднята, что не позволяло комбайну совершать разворот. Валуны приходилось извлекать из рабочей камеры фрезерного барабана вручную. Отмеченное выше время простоев по неполадкам (11%) обусловлено только этой причиной. Высокий процент затрат времени на развороты комбайна связан с малыми размерами рабочей площадки, что не только увеличивало количество разворотов комбайна, но и затрудняло их выполнение.

Объем выполненных исследований работы комбайна 2500 SM объективно недостаточен для определения его производительности в реальных условиях из-за высокого количества простоев по организационно-техническим причинам. За период исследований средняя производительность комбайна составила около 300 т/час, достигая максимальных значений 500 т/час. Технические возможности машины позволяют достаточно легко развивать производительность 500 т/час. В течение первого и второго дней комбайном были достигнуты примерно одинаковые результаты. В третий день замеров была отмечена низкая производительность при более высоком коэффициенте использования комбайна. Основными причинами этого стали работа комбайна с неполным использованием рабочих параметров (в условиях более узкой рабочей площадки и малой глубины фрезерования), а также значительные затраты времени на обмен автосамосвалов, обусловленные плохим состоянием поверхности рабочих площадок.

Усредненные данные по эксплуатационным показателям и видам простоев комбайна 2500 SM в период его работы с сентября 2001 года по февраль 2002 года приведены в табл. 11 и 12.

В табл. 11 расчеты проведены исходя из 250 рабочих дней в году и двухсменном режиме работ (8 часов в смену). В табл. 12 время на регламентированное техническое обслуживание не включается при расчете технической готовности и составляет около 2.5 часов в сутки. Техническое обслуживание проводится в течение первой смены и составляет 8 часов.

В рассматриваемый период с сентября 2001 по февраль 2002 года коэффициент технической готовности комбайна был на среднем уровне, тогда как коэффициент использования был крайне низким. В результате, эксплуатационная производительность, рассчитанная на моточас работы двигателя, была также мала и составляла 293 т/час.

Основные недостатки комбайна 2500 SM, выявленные в ходе проведения опытных работ, перечислены в табл. 13.

Устранение недостатков, обусловленных как организационными причинами, так и несовершенством конструкции комбайна, позволит значительно повысить коэффициенты технической готовности и использования во времени и, в конечном счете, поднять эксплуатационную производительность комбайна.

Опыт разработки известняковых месторождений Индии комбайнами Wirtgen Surface Miner по новой тонко-слоевой технологии подтвердил высокие качественные показатели безвзрывной добычи сырья для цементной промышленности при вполне удовлетворительных затратах. Из известных безвзрывных способов ведения горных работ комбайны в наибольшей мере отвечают требованиям экологии и кроме этого являются самым эффективным способом механизации при селективной разработке сложно-структурных месторождений полезных ископаемых. Участки месторождений полезных ископаемых, находящиеся вблизи населенных пунктов, железнодорожных линий и автодорог, и др. инженерных сооружений, а также вблизи природных заповедников и других охраняемых зон и объектов могут быть реально и без потерь извлечены из недр только с помощью комбайновой технологии. При этом число операций горного цикла сокращается, как сокращается и количество технологического оборудования. Это облегчает контроль процесса производства, который к тому же сопровождается значительным сокращением потребности в людских ресурсах.

Максимальный размер куска горной массы, добытой комбайном, значительно меньше по сравнению не только с традиционной буровзрывной технологией, но и при добыче c применением, например, тракторных рыхлительно-бульдозерных агрегатов.

При добыче известняка для цементного производства требуется исходное сырье фракции менее 70 мм. Когда для этого используются комбайны 2100 SM или 2200 SM, около 90–95% известняка соответствует указанным кондициям (около 5–10% – это фракции +70 – 150–200 мм). При применении комбайна 2500 SM процент выхода известняка класса менее 70 мм сокращается до 70% и увеличивается до 30% выход крупных (до 250 мм) фракций.

Добыча (фрезерование) известняков прочностью 10–60 МПа комбайном большой единичной мощности и собственной массы, например, 2500 SM обеспечивает лучшие показатели по сравнению с моделями 2100 SM и 2200 SM, что объясняется задним расположением разгрузочного конвейера, при котором создаются наилучшие условия для передачи материала от фрезерного барабана на разгрузочную консоль. Параметры фрезерования известняков прочностью 60–100 МПа комбайном 2500 SM заметно выше из-за его большей массы, поэтому на единицу сечения стружки оказывает действие более высокая удельная нагрузка. В таком случае большая масса машины способствует лучшему внедрению резцов в массив, и, благодаря более высокому тяговому усилию, наблюдается концентрация больших динамических сил. Вибрация на комбайне 2500 SM полностью устранена, срок службы отдельных компонентов рабочего барабана увеличен, что снимает проблему частого технического обслуживания.

В целом применение комбайновой технологии сокращает потребность в дроблении, обеспечивая получение оптимальной для дальнейшего передела продукции. Благодаря получению в забое мелкофракционного материала, увеличивается коэффициент использования грузоподъемности автосамосвала и сокращаются транспортные расходы. Работа комбайнов обеспечивает ровную и гладкую поверхность рабочих площадок, что способствует уменьшению износа ходового механизма подвижного состава.

Как следствие отмеченных и неоспоримых преимуществ затраты на ведение горных работ значительно уменьшаются.    

Журнал "Горная Промышленность" №3 2003