Ввод в эксплуатацию комбайна Wirtgen 2200 SM на ОАО «Ковровское карьероуправление»

М. Пихлер, А.А. Филиппов, Ю.Б. Панкевич,М.Ю. Панкевич

Основная сфера деятельности предприятия ОАО «Ковровское карьероуправление» включает разработку доломитов и доломитизированных известняков Мелехово-Федотовского месторождения и их технологическую переработку с получением товарной продукции широкого ассортимента: щебень из горных пород, доломит кусковой, щебеночно-песчаная смесь, породы карбонатные, камень бутовый и мука известковая. Доломиты поставляются многим стекольным заводам центра Российской Федерации, стран Балтии и Украины для производства оптического, технического, медицинского видов стекла и хрусталя. Нерудными строительными материалами снабжаются предприятия стройиндустрии Владимирской, Ивановской, Костромской и Нижегородской областей, а также Республики Мордовия. Продолжая курс на техническое переоснащение производства, руководство предприятия через год после проведения в августе 2011 г. опытно-промышленных работ по тонкослоевой безвзрывной технологии с использованием комбайна Wirtgen модели 2200 SM приняло аналогичную машину в промышленную эксплуатацию.

№2 (108) 2013

Общий вид вскрытой карбонатной толщи

Основой для принятия решения о быстрейшей закупке аналогичного комбайна стал анализ результатов работ по новой технологии, который позволил сделать следующие выводы:

  • За счет селективной качественной выемки, обеспечиваемой комбайновой разработкой месторождения, появилась реальная возможность значительного улучшения химических показателей добываемого доломита (ГОСТ 23672-79), что будет способствовать реализации сырья для стекольной промышленности более высокого качества и по более высокой цене.
  • Применение безвзрывной технологии позволит избежать потерь полезного ископаемого в бортах карьера и вовлечь в разработку свыше 5 млн м3 карбонатных пород:
    • участок №1 – 2750,8 тыс. м3 (в т.ч. стекольного сырья – 1047,8 тыс. м3);
    • участок №2 – 926,1 тыс. м3;
    • участок №4 – 1327,4 тыс. м3.
  • За счет применения на рабочем барабане комбайна специально подобранных резцов выявлена возможность при фрезеровании массива снижения доли мелких фракций и соответственно повышения выхода товарных фракций.

Геологическая характеристика месторождения

В геологическом строении Мелехово-Федотовского месторождения принимают участие карбонатные отложения Гжельского яруса и четвертичные образования.

Полезным ископаемым являются доломиты (сырье для стекольной промышленности) и доломитизированные известняки амеревского горизонта (нерудные строительные материалы).

Продуктивная толща по литологическим признакам разделяется на 16 слоев переменной мощности (от 0,2–0,8–1,5 до 2,0–5,0 м), представляющих в верхней части доломиты, в нижней доломитизированные известняки. Доломиты белого, светло-серого, желтоватого и кремового оттенков, различной плотности с многочисленными пустотами выщелачивания.

Полезная толща характеризуется чётко выраженным слоистым строением с чередованием слоёв крепких и слабых пород. На контактах слои – частично разрушены, местами до тонкой пылеватой муки, встречаются пылеватые прослои и линзы кремния мощностью до 0,3 м.

Начало второго прохода комбайна

Начало второго прохода комбайна

На основании исследований химического состава и физико-механических свойств пород слагающие продуктивной толщи сгруппированы в три сравнительно однородные промышленные пачки. Все выделенные слои залегают практически горизонтально и по литологическим признакам хорошо прослеживаются по площади участка.

В породах полезной толщи широко развиты разно ориентированные трещины преимущественно трех направлений:

  1. близгоризонтальные трещины, развитые по плоскостям напластования;
  2. крутопадающие трещины северо-восточного (40–70°) направления;
  3. крутопадающие трещины северо-западного (300–340°) направления.

Средняя частота близгоризонтальных трещин – 8–10 шт. на 1 п.м. по вертикали, крутопадающих – 1,5–2,5 шт. на п.м. по горизонтали. Полости трещин выполнены карбонатной мукой, реже песчано-глинистым и алевролитовым карбонатным материалом. Структурные особенности карбонатного массива, его нарушенность системами трещин, приводящая к крупноблочности массива (размеры блоков по высоте до 0,3–0,8 | 0,5–1,5 м), чередование пачек и линз доломитов, глин и песков различной мощности, затрудняют получение равномерного фракционного состава добытого материала.

Технология разработки месторождения

Разработка месторождения ведется тремя горными участками (№1, №2 и №4), переработка добытого полезного ископаемого производится на четырех дробильно-сортировочных заводах.

С точки зрения актуальности, первоочередными участками для применения технологии с комбайновой разработкой залежи рассматриваются запасы первых двух участков (в первую очередь отнесенных к потерям в бортах и на дне карьера).

Полезная толща этих участков состоит из трех частей: верхней (уступ Д1) – сложенной преимущественно доломитами, средней (уступ Д2) – доломитизированными известняками, и нижней (уступ Д3) – сложенной в основном известняками.

Уступ Д1 (горизонт 117 м) участка №1, сложенный доломитами, разрабатывался в период ведения нами опытно-промышленных работ. Тогда же были достигнуты положительные результаты как по полноте, так и по качеству выемки полезного ископаемого из недр.

К другим объектам применения комбайна на двух участках №1 и №2 относятся подошвы уступа Д3 (горизонт +95 м), которые при предыдущем ведении горных работ по традиционной технологии не были полностью доработаны до проектных отметок, в связи с чем не могли быть переданы под рекультивацию.

Технология использования комбайнов Wirtgen

Следует отметить, что при завершении опытно-промышленных работ 31 августа 2011 г. (после окончания добычи доломита) комбайн был переведен на дно карьера №1 (подошва горизонта 95 м), представленное известняком. Так как до проектной отметки (дна карьера) осталось 0,7–0,9 м, было решено испытать комбайн на разработке оставшегося известняка крепостью до 7 по шкале проф. Протодъяконова. Параметры участка площадки, отведенной для работы комбайна: длина 80 м, ширина 10 м, равная ширине четырех проходов комбайна.

Была принята челноковая схема работы комбайна с фрезерованием в одном направлении, с холостым обратным ходом и отсыпкой добытого известняка в штабели.

По результатам работ определены техническая и эксплуатационная производительности комбайна, которые соответственно составили 438 и 292 т/час.

Важная задача, которую предстояло решить: установление эксплуатационных параметров комбайна, обеспечивающих максимальный выход товарных фракций щебня при минимальном выходе мелких некондиционных фракций. Опытно-промышленные работы, проведенные в ноябре 2008 г. в условиях Пятовского карьероуправления, показали, что выход мелких фракций (0–20 мм) в зависимости от конкретных условий изменялся от 30 до 52% (cм. журнал «Горная Промышленность», №1 (83)/2009).

Добыча известняка на горизонте +95 м (участок №2)

Добыча известняка на горизонте +95 м (участок №2)

С целью определения выхода фракций в добытом комбайном известняке при работе 1 сентября 2011 г. был выполнен рассев отобранных проб. Эксплуатационные параметры работы комбайна составляли: рабочая скорость около 7 м/мин, глубина фрезерования 25–28 см. Использовались резцы нового типа фирмы «Бетек» с увеличенным вылетом (тип BKF 19). Для рассева добытая комбайном горная масса была погружена в автосамосвал и отправлена в лабораторию Предприятия, где были проведены соответствующие исследования. К сожалению, срок аренды комбайна заканчивался и, тем не менее, результаты рассева подтвердили возможность значительного снижения выхода мелких фракций (табл. 5).

В процессе ведения опытно-промышленных работ горным комбайном Wirtgen 2200 SM был выполнен полный комплекс горных работ: от удаления полускальной вскрыши и выравнивания микрорельефа забоя-площадки, зачистки кровли до полноценных добычных работ по безвзрывной тонкослоевой технологии. За 10 рабочих дней было добыто и отправлено на ДСЗ 6102 т доломита и удалено в отвалы 6210 т покрывающих пород. Коэффициент выхода продукции составил 0,429. Одновременно 1 сентября 2011 г. было добыто и уложено в штабель 692,9 т известняка при удовлетворительном фракционном составе.

Новый комбайн Wirtgen 2200 SM №654 прибыл на предприятие 25 августа 2012 года. В течение 27–28 августа были выполнены монтажные и пусконаладочные работы (установка разгрузочного конвейера, монтаж скрепляющей верхней конструкции и соединение запиточных магистралей, а также обкатка машины).

Для работ комбайна на карьере №2 была представлена площадка размерами 260|53 м, оставшаяся после отработки полезной толщи и подготавливающаяся к рекультивации. Изза некачественного ведения буровзрывных работ, поверхность площадки была очень неровная, с колебаниями рельефа местами до ±1,0 м (особенно между линиями скважин). В районах перебура скважин известняк был переизмельчен, а далее – разрушен на крупнокусковой материал. В начале работ, несмотря на достаточную в перспективе длину рабочей площадки (260 м), неровности рельефа (бугры) делили ее на отдельные участки, которые необходимо было отрабатывать до достижения забоев одной отметки. В результате длина прохода комбайном изменялась от 30 до 50–70 м. Затем требовался или разворот комбайна или маневр с холостым обратным ходом (челноковая схема), что приводило к значительному увеличению доли времени на маневры комбайна.

Для обеспечения производительной работы комбайна были приняты следующие решения:

  • удалить полускальную и рыхлую вскрышу с растительностью и зачистить кровлю пачки известняка;
  • выровнять микрорельеф площадки и сделать ее по возможности горизонтальной;
  • работу комбайна начинать с самых высоких отметок и вести горизонтальными слоями.

Следует отметить, что с самого начала работ комбайном управляли операторы, которые одновременно проходили обучение практическим навыкам под руководством сервис-механиков и технологов ООО «Виртген-Интернациональ-Сервис». После соответствующего инструктажа 28 августа 2012 г. начались первые проходы комбайна, направленные на выравнивание поверхности площадки до отметки гор. +95 м.

Работы велись в одну смену по пятидневной рабочей неделе.

Периодически велось изучение эксплуатационных параметров работы комбайна, определяющих в динамике его производительность, и отдельно измерялось время на выполнение различных операций производственного цикла. На основе хронометражных наблюдений фиксировалось время работы комбайна при фрезеровании, общее время на маневры и на обмен автосамосвалов под погрузку. Регистрировались продолжительность и общее время простоев по разным причинам, в том числе из-за отсутствия порожнего автотранспорта. Также регистрировались затраты времени на ежесменное обслуживание, включающее заправку дизельным топливом, очистку гусениц, конвейера и рабочей камеры фрезерного барабана от налипших пород, а также на осмотр узлов комбайна, их смазку, проверку исправности гидросистемы.

Сводные результаты хронометражных наблюдений и расчётные значения эксплуатационных параметров комбайновой технологии приведены в табл. 1.Технологические и эксплуатационные параметры работы комбайна Wirtgen 2200 SM, в период август- сентябрь 2012 г

При расчёте технико-эксплуатационных показателей работы комбайна использованы следующие определения:

  • Эксплуатационное время, включающее время на фрезерование с погрузкой, на разворот в конце рабочего хода для работы в обратном направлении или на обратный холостой ход (то есть время на маневры) и на обмен автосамосвала при погрузке.
  • Эксплуатационная производительность – в т/час за эксплуатационное время.
  • Техническая производительность – в т/час за «чистое» время фрезерования и погрузки.

В начале работ толщина срезаемого комбайном слоя была резко переменной – от 5 до 20 см. В результате среднее время полной загрузки одного автосамосвала по дням изменялось от 8 до 5,3 мин. При этом велико было время (7,4–8,6 мин.) выполнения комбайном единичного маневра – на заезд комбайна в новую заходку после разворота или после завершения холостого обратного хода. При этом техническая производительность комбайна составляла от 200 до 310 т/час, а эксплуатационная – от 170 до 240 т /час.

Следующие три дня хронометража (18–21 сентября) дали лучшие результаты работы комбайна. Выровнялась поверхность площадки, что позволило комбайну работать с большей глубиной фрезерования (в среднем 16–20 см) и большей производительностью. Это сразу же отразилось на величине среднего времени погрузки автосамосвалов, которое снизилось до 3,8–2,9 мин., а максимальные показатели технической и эксплуатационной производительностей соответственно возросли до 560 т/час и до 440 т /час.

Постепенно, по мере наработки навыков совместной работы операторов комбайна и водителей самосвалов, возрастали и объемы добычи. Если вначале сменные объемы составляли 650–970 т, то в середине сентября они уже достигали 1300–1500 т/смену. Следует отметить, что величина сменных объемов выработки во многом определяется потребностью производства и, исходя из этого, количеством подаваемых к комбайну автосамосвалов. Комбайн в сентябре и октябре каждую смену простаивал в ожидании порожних автосамосвалов в течение 1–1,5 часа.

При разработке отдельных участков, имеющих повышенное содержание мелких скальных, глинистых и пылевидных фракций, время от времени наблюдалась остановка (стопорение) нижнего конвейера комбайна. Это отмечено 29–30 октября, а также в ноябре, когда комбайн в процессе рабочего прохода по массивным доломитам пересекал участки, сложенные рыхлым материалом. Причина стопорения конвейера в том, что рыхлая шламовидная масса набивалась в узлы конвейера, т.е. происходила его заштыбовка и последующая остановка.

Простои комбайна для очистки конвейера достигали 20–30 мин.

Анализ результатов (табл. 2), показывает, что с 30 по 31 августа время фрезерования и погрузки изменялось от 78 до 84%, маневры составляли 11,3–12,5%, а время на обмен автосамосвалов от 4,7 до 9,1%.

Анализ работы комбайна с 18 по 21сентября, свидетельствует о достижении более стабильных результатов: время фрезерования и погрузки изменялось от 67 до 77%, маневры от 10 до 22%, а время на обмен автосамосвалов – от 10,4 до 12,8%. В табл. 3 приводятся данные об использовании комбайном времени смены. Эксплуатационное время работы комбайна составило около 67,8–72,2%, время на техническое обслуживание – 5,7–14,7%. Время простоев комбайна в ожидании порожнего транспорта изменялось от 17,5 до 23,1%. Это значит, что в отдельные моменты комбайн простаивал в ожидании «порожняка» от 60 до 90 мин за 8-часовую смену.

Как показывают данные табл. 4, время работы комбайна на чистом фрезеровании и погрузке изменялось от 45,6 до 55,9%, время на маневры занимало от 7,1 до 15%, на обмен автосамосвалов – от 7,0 до 9,2%, время на техническое обслуживание – 5,7–14,7%, простои в ожидании транспорта составляли от 17,5 до 23,1% от общей продолжительности смены.110 t2

Существенный резерв дальнейшего роста производительности комбайна заключён в повышении навыков совместной работы операторов комбайна и водителей автосамосвалов.

За период работ с 28 августа по 19 октября 2012 г. в топливный бак комбайна было залито 13493 л дизельного топлива, израсходовано 12848 л. При этом наработан со дня первой заправки 231 машиночас. Таким образом, удельный расход топлива составил 55,6 л/час. За этот период комбайном добыто свыше 39 тыс. т известняка, что позволяет определить удельный расход дизельного топлива – около 0,328 л/т. Удельный расход резцов за этот период составил 1,58 шт./1000 т.

Выход различных фракций в добытом известняке определялся рассевом проб, отобранных при работе комбайна 19, 21 и 24 сентября 2012 г. Материал для анализа проб отбирался на площадке (кровля горизонта + 95 м) при работе комбайна с погрузкой в автосамосвалы. При этом комбайн работал со следующими эксплуатационными параметрами: рабочая скорость назначалась в пределах 3–4, 4–5 и 6–7 м/мин, глубина фрезерования составляла 25–27 см, использовались резцы нового типа с увеличенным вылетом типа BKF 19.

Добытая горная масса отправлялась в лабораторию Ковровского карьероуправления, где и проводился ситовой анализ проб. Пробы на рассев отбирались по общепринятой методике. После разгрузки автосамосвала около лаборатории в конусный штабель известняк из штабеля пропускался через калиброванные сита. Вес проб составлял 205, 215 и 347 кг. Каждая из полученных фракций взвешивалась, массовые данные заносились в соответствующие таблицы. Для сопоставления с данными рассева проб 2011 г. результаты рассева 2012 г. сведены в общую табл. 5.Сопоставление результатов рассевов добытого комбайном известняка на уступе Д3 (горизонт +95 м; участок №2)

Анализ данных табл. 5 показывает, что увеличение скорости фрезерования комбайна позволяет значительно снизить выход мелких фракций, увеличивая одновременно выход крупнокускового продукта.


Заключение

При запуске в эксплуатацию комбайна Wirtgen 2200 SM на одном из участков карьера Ковровского карьероуправления за сентябрь-октябрь 2012 г. по безвзрывной тонкослоевой технологии было добыто и отправлено на ДСЗ-2 1900 машино-рейсов и соответственно на отвал отправлено 100 машино-рейсов.

Используемая фирмой Wirtgen двухэтапная система обучения операторов комбайна при вводе машины в эксплуатацию, а также особенности его конструкции, позволили специалистам достаточно быстро освоить самостоятельную работу на принципиально новом горном оборудовании. Так, уже в середине сентября каждый из них успешно управлял комбайном, обеспечивая высокую его производительность (420–560 т/час).

Ввод осенью 2012 г. в эксплуатацию комбайна позволил вовлечь в разработку ранее законсервированные запасы известняка объёмом около 50 тыс. т.

Проведённые специалистами ООО «Виртген-Интернациональ-Сервис» совместно с работниками Ковровского карьероуправления работы позволили установить рациональные параметры эксплуатации комбайна Wirtgen 2200 SM, позволяющие в известной мере управлять фракционным составом добываемого известняка и подобрать рациональный тип рабочего инструмента для оснащения фрезерного барабана.

Журнал "Горная Промышленность" №2 2013