О повышении операционной эффективности открытых горных работ в компании ОАО «СУЭК»

С.В. Ясюченя, к.т.н., технический директор ОАО «СУЭК»

К 2005 году большинство предприятий открытой угледобычи СУЭК унаследовало различные проблемы, которые существенно ограничивали рост объемов добычи и приводили к высоким эксплуатационным затратам:

  • изношенное и морально устаревшее оборудование не обеспечивало высокие коэффициенты готовности и нагрузки на одну единицу;
  • серьезное отставание по вскрыше приводило к недостатку подготовленных к выемке запасов и служило сдерживающим фактором по объемам добычи угля;
  • принятые проектами системы подготовки и отработки запасов не всегда отвечали лучшим мировым практикам и требовали корректировки.

За период 2005-2012 гг. произошло дополнительное ухудшение условий добычи на отдельных предприятиях, связанное с увеличением глубины отработки запасов. Средний коэффициент вскрыши на открытых горных работах в целом по компании увеличился в 1,6 раза с 2,1 т/м3 до 3,4 т/м3 (рис.1).Рис. 1. Динамика изменения текущнго коэффициента вскрыши

В этих условиях повышение операционной эффективности было жизненно необходимо для компенсации ухудшающихся горно-геологических условий и сохранения прибыльности бизнеса.
Начиная с 2005 года, на открытых горных работах был принят ряд принципиальных улучшений, позволивших существенно снизить влияние отрицательных факторов. Условно их можно разделить на два направления: комплексные мероприятия, влияющие на операционную эффективность предприятия в целом и не требующие серьезных инвестиционных затрат и технического переоснащения разрезов, в первую очередь добывающих наиболее ценные марки каменных углей.

К комплексным мероприятиям

следует отнести следующие:

1. Изменение и пересмотр пространственно-планировочных решений:

  •  увеличение протяженности основного фронта горных работ (р. Тугнуйский, Березовский) с оптимальной расстановкой оборудования по длине уступов, что позволяет исключить простои добычного оборудования при ведении буровзрывных работ и вести опережающие работы по подготовке запасов;
  • увеличение темпов подвигания уступов (р. Бородинский, Харанорский, Павловский);
  • концентрация горных работ и закрытие низкорентабельных участков (Березовский, Назаровский, Харанорский, Восточный, ЧУК, РУН, Изыхский, Буреинский).

2. Изменение и оптимизация технологических решений:

минимизация объемов вскрыши, перевозимой ж/д транспортом и переход на более дешевый и производительный автомобильный способ (Тугнуйский, Назаровский, ЧУК, ВБР, РУН). Исторически

  • ж-д. транспорт планировался на предприятиях с плечом перевозки горной массы более 5-6 км. Оптимизация пространственно-планировочных решений в 2005-2013 гг. позволила приблизить отвалы и сократить плечо перевозки до 2-3 км. В таких условиях экономически эффективнее становится автотранспортная вскрыша. Кроме того, автомобильная перевозка имеет менее требовательная к характеристикам транспортных путей (радиус поворота, угол наклона и т.п.), что позволяет эффективнее планировать дороги, сокращая расстояние транспортировки. Единственным разрезом, на котором отказ от ж.-д. вскрыши в настоящее время нецелесообразен - разрез Бородинский, весь технологический процесс которого основан на использовании единого добычного и вскрышного ж.-д. комплекса);
  • организация процесса добычи и вскрыши спаренными забоями – двумя автомобильными вскрышными комплексами и двумя автомобильными добычными комплексами. Такая схема позволяет эффективно распределять самосвалы по экскаваторам, минимизируя потери в случае аварийной остановки одного из элементов производственной цепочки. (р. Тугнуйский, РУ Новошахтинское);
  • организация погрузки вскрыши экскаватором на два подъезда (рис. 2).. Технология позволяет сократить время простоя экскаватора в ожидании маневров автомобиля (р. Тугнуйский);Рис. 2 Технологическая схема забоя экскаватора с двусторонней загрузкой самосвалов
  • закрытие дренажных шахт и организация водоотлива путем бурения водопонижающих скважин (р. Березовский и Бородинский);
  • применение циклично-поточной конвейерной технологии для транспортировки угля из забоя до точки погрузки (РУ Новошахтинское).

3. Внедрение единой системы диспетчеризации ОГР, позволяющей в автоматизированном режиме осуществлять непрерывный контроль за состоянием подвижного состава, его технической готовностью, обеспеченностью экскаваторов транспортными средствами, готовностью отвалов, пропускной способностью дорог. Кроме того, система позволяет контролировать основные производственные параметры работы экскаваторного оборудования и транспортных средств (темпы погрузки и перевозки, расход топлива, простои и т.п.) и обеспечивает надёжность и бесперебойность перевозки угля и вскрыши и оперативное перераспределение транспортных средств между экскаваторами. На предприятиях ОАО СУЭК применяются две системы:

  • АСД Карьер (Заречный, Камышанский, Тугнуйский, Черногорский, ВБР, Изыхский, РУН);
  • программно-аппаратный комплекс "АвтоГРАФ" на самосвалах и специализированной технике (Березовский, Назаровский).

4. Изменение в области организации труда:

  • оптимальная организация внутрисменной работы путем введения скользящих смен;
  • совершенствование сдельно-премиальной системы оплаты труда;
  • регулярное проведение дней повышенной добычи и вскрыши, предусматривающих специальную мотивацию.

Инвестиционная программа компании ОАО СУЭК в 2005-2013 гг., направленная на техническое перевооружение разрезов, составила более 28 млрд. руб., при этом большая часть средств вкладывалась в развитие предприятий, добывающих каменные угли. Средние удельные инвестиции составили 141 руб. на 1 т производственной мощности. Здесь следует отметить, что в компании ОАО СУЭК решение о выборе конкретного поставщика горнотранспортного оборудования осуществляется на основании расчета стоимости владения, который учитывает не только стоимость оборудования, но и его технические характеристики (коэффициент готовности, коэффициент использования) и эксплуатационные затраты, включая расходы на проведение текущих и капитальных ремонтов. В конечном счете, это позволяет существенно снизить себестоимость конкретных видов работ.

Рассматривая вопрос повышения операционной эффективности открытых горных работ в целом целесообразно проанализировать изменения, происходящие на основных процессах ОГР: буровзрывные работы, экскавация и транспортировка вскрышных пород и угля.

Буровзрывные работы

За период 2008 - 2013 гг. объемы бурения по компании ОАО СУЭК увеличились в 1,2 раза, при этом объемы бурения по вскрыше возросли в 1,5 раза (рис. 3). В свою очередь, бурение по углю сократилось на 80%, что связано с внедрением мощного экскаваторного оборудования, способного добывать уголь без проведения БВР.Рис. 3. Динамика бурения скважин для БВРЮ тыс.пог.м.

 

Рост общих объемов буровых работ сопровождался существенным повышением нагрузки на один буровой станок, которая за тот же период увеличилась в 2,8 раза (рис. 4). При этом количество буровых станков сократилось на 25 единиц.Рис. 4. Динамика количества и производительности буровых станков

Основными реализованными улучшениями процесса буровзрывных работ стали:

Увеличение единичной мощности оборудования.

Техническая политика компании предусматривает приобретение высокопроизводительных буровых станков и постепенное замещение ими устаревшего оборудования. Новая техника обеспечивает высокие темпы работы, что подтверждается мировым рекордом – 50,5 п.км/месяц (май 2013 г.), установленным на Тугнуйском разрезе.

Внедрение инновационных технологий.

Для получения дополнительного выигрыша в производительности используется взрывание вскрышных пород по технологии «Blast Maker», позволяющей существенно улучшить качество взорванной горной массы и снизить выход негабаритов. Датчики, установленные на буровом станке, позволяют получать информацию о структуре горного массива, на основании которой строится модель и рассчитываются оптимальные параметры буровзрывных работ. Встроенная система GPS позволяет производить буровые работы в точном соответствии с разработанной оптимальной программой. Кроме того, «Blast Maker» позволяет моделировать результаты взрыва, при различных параметрах БВР и оптимизировать параметры развала горной массы, степень дробления, конструкцию заряда, и удельный расход ВВ. Эта технология хорошо зарекомендовала себя на разрезе Тугнуйский.

Изменение технологических решений.

Увеличение объема взрываемого блока с 0,1-0,2 млн. м3 до 1-1,5 млн. м3 позволило существенно сократить простои добычной и вскрышной техники на период взрывания, а увеличение сетки скважин привело к снижению удельного расхода ВВ.

Самостоятельное производство ВВ.

На Тугнуйском разрезе реализован проект строительства завода по изготовлению взрывчатых веществ, что позволило значительно сократить операционные расходы.

Экскавация горной массы

За период 2009-2013 гг. объем экскаваторных работ по компании ОАО СУЭК увеличился с 278 до 339 млн. м? (рис. 5). Основная доля работ приходится на мехлопаты (63%) и драглайны (27%). Оставшиеся объемы выполняют роторные экскаваторы, применяющиеся на буроугольных разрезах.Рис. 5. Динамика структуры экскаваторных работ, мл. м3

В целом по компании ОАО СУЭК, с 2005 по 2013 г производительность 1 м? ковша экскаватора выросла в 1,4 раза рис. 6.Рис. 6. Динамика удельной производительности и средней емкости экскаваторного парка

Падение на 5% производительности экскаваторного парка в 2013 г. связано со снижением объемов бестранспортной вскрыши, применение которой ограничено горно-геологическими условиями.

Рост объемов работ, выполняемых экскаваторами-мехлопатами, происходит за счет увеличения производительности новых экскаваторов с большим объемом ковша. Если в целом по мехлопатам производительность за период с 2010 года увеличилась на 40%, то по новым машинам она возросла почти в 2 раза (рис. 7).Рис. 7. Динамика выработки на кубоковш экскаваторов-мехлопат, м3/м3

Увеличение производительности парка мехлопат достигалось также за счет реализации мероприятий по повышению операционной эффективности, к которым можно отнести:

  • установку экскаватора с наименьшим углом погрузки;
  • изменение технологии ведения горных работ и переход с узких на широкие забои с целью применения технологии погрузки в автосамосвалы на 2 подъезд (см. Рис. 2). Как видно из диаграмм рис. 8, такая технология позволяет почти вдвое сократить время простоя экскаватора в ожидании постановки самосвала под погрузку;Рис. 8. Время простоя экскаватора при обмене самосвалов под погрузкой, мин.
  • увеличение протяженности основного фронта горных работ с максимальным расстоянием установки оборудования по уступам, что позволяет вести «на опережение» буровзрывные работы и сокращает число переездов и время простоев добычного оборудования при выполнении буровзрывных работ;
  • увеличение объема взрываемого блока также позволяет сократить простои добычной и вскрышной техники во время ведения БВР;
  • оптимальное комплектование технологических цепочек экскаватор-самосвал дает возможность исключить простои экскаваторов в ожидании порожнего автотранспорта;
  • использование систем диспетчеризации для оптимального распределения имеющихся транспортных средств и оперативного их направления к ближайшему свободному экскаватору;
  • заключение долгосрочных контрактов на сервисное обслуживание с предприятиями-изготовителями оборудования, создание сервисных складов расширенной номенклатуры и сокращение простоев, связанных с отсутствием запчастей.

Эксплуатация экскаваторов-драглайнов имеет свою специфику. Средний их возраст по компании ОАО СУЭК составляет около 28 лет, все они произведены в советское время и новых машин подобного класса не приобреталось. Коэффициент использования драглайнов по всему парку составляет 75%, а лучшие результаты по этому виду техники не превышают 81%. При этом большая часть нерабочего времени связана с плановыми простоями (технологические перерывы, плановые ремонты и обслуживание) (рис. 9).Рис. 9. Структура использования времени драглайнов

Поэтому повышение производительности экскаваторов-драглайнов осуществлялось за счет отдельных операционных улучшений, в частности:

  • применения схемы работы двумя шагающими экскаваторами ЭШ-20/90 на одном уступе и снижение потерь угля в межзаходковых целиках;
  • оснащения экскаваторов ЭШ-10/70, 20/90, 40/85 автоматизированной системой фиксации цикла экскавации и перемещенного веса;
  • уменьшение доли работы драглайна верхним черпаньем и работа драглайна с перемещением по одной оси.

 

Транспортировка горной массы

В настоящее время основным способом перемещения горной массы на предприятиях ОАО СУЭК является автомобильный транспорт. Этим видом транспорта перемещается 78% угля и 67% вскрыши. Происходит постоянное увеличение доли перевозок большегрузными автомобилями, как за счет общего роста объемов перемещаемой горной массы, так и за счет сокращения объемов сравнительно дорогой железнодорожной вскрыши.Рис. 10. Доля различных способов транспортировки в общем объеме перемещаемой горной массы, %

За период 2005-2013 гг. объемы автотранспортной работы выросли в 4,5 раза – со 120 до 664 млн. т.км. Основной рост был достигнут за счет повышения грузоподъемности автосамосвалов – доля самосвалов грузоподъемностью 220 т в объеме выполненных работ увеличилась более чем в 3 раза – с 10% в 2009 г. до 33% в 2013 г..Рис. 11.Структура транспортной работы, выполненной различными автосамосвалами, млн. ткм

Техническая политика ОАО СУЭК в области автоперевозок горной массы направлена на увеличение единичной мощности оборудования – автосамосвалы грузоподъемностью 40-55-120 т заменяются на унифицированные самосвалы класса 90-130-220 т. Выбор техники оптимизирован по общей стоимости владения для конкретных условий каждого предприятия. На перевозке вскрыши СУЭК переходит преимущественно на использование БЕЛАЗов грузоподъемности 130 и 220 т. На перевозке угля используются самосвалы с углевозными кузовами класса 90 и 130 тонн (БЕЛАЗ, TEREX и Komatsu). В ряде случаев используются универсальные машины, занятые на транспортировке и угля и вскрыши. За период с 2005-2013 гг. средняя грузоподъемность автомобиля увеличилась в 1,9 раза, а производительность 1 автотонны возросла в 2,2 раза (рис. 12).Рис. 12. Динамика средней грузоподъемности и производительности автосамосвалов

Наряду с увеличением единичной мощности автотранспортных средств компания активно занимается операционными улучшениями действующего автопарка, направленными на повышение производительности техники. К ним можно отнести:

  • сокращение плеча перевозки путем создания транспортных перемычек;
  • формирование автомобильных отвалов ниже горизонта погрузки вскрыши;
  • увеличение скорости движения самосвалов путем уменьшения углов подъема съездов и траншей;
  • улучшение и поддержание необходимого состояния дорог, в том числе за счет реализации технической политики по приобретению оптимального парка грейдеров и бульдозеров, применения виброкатков для уплотнения дорог, сформированных по глинистым поверхностям и т.д.;
  • наращивание бортов автосамосвалов – увеличение полезной загрузки и снижение расхода ГСМ;
  • оптимальное сочетание объема ковша экскаватора с объемом кузова самосвала;
  • поддержание максимального использования грузоподъемности самосвала за счёт оптимального сочетания параметров грузоподъемности, объема кузова и объемного веса горной массы.

В ОАО СУЭК выбор автотранспорта для перевозки горной массы основан в том числе на анализе совокупной стоимости владения, учитывающей индивидуальные горно-геологические условия предприятия и особенности сервисных служб поставщиков. Расчеты показывают, что в условиях ОАО СУЭК экономически эффективнее использовать менее надежное, но и значительно менее дорогое оборудование. К примеру, стоимость владения самосвалом БелАЗ-131 на 26% ниже аналогичного Caterpillar.023 12t

Поэтому ОАО СУЭК работает в направлении повышения операционной эффективности имеющихся автосамосвалов БЕЛАЗ и в первую очередь это относится к сокращению простоев, которые по своему характеру подразделяются на три группы.

Простои, вызванные отказами и поломками - простои связаны как с общей надежностью оборудования, так и со скоростью восстановления и возвращения оборудования в работу. Многие факторы надежности автомобиля закладываются на этапах его конструирования и производства и не поддаются изменению в процессе эксплуатации (например, число литых элементов рамы, применяемая марка стали и т.п.). Сократить время восстановления можно за счет применения современных методов ремонта и соответствующего оборудования:

  • применение агрегатно-узлового метода ремонта позволяет сократить время аварийных и плановых ремонтов за счет комплексной замены крупных узлов автомобиля (двигатель, коробка передач, мотор-колесо, генератор, задний мост и т.п.). Для этого необходимо иметь постоянный и оптимальный оборотный фонд, состав которого зависит от модели самосвала. Расчеты показывают, что капитальные затраты на создание оборотных фондов в расчете на один БЕЛАЗ грузоподъемностью 220 т составляют 3,6 млн. руб., на один БЕЛАЗ 130 т – 2,4 млн. руб., на Terex 90 тонн – 1,4 млн. руб.;
  • повышение качества ремонтов. Проблема качества ремонтных работ особенно актуальна для тех предприятий, на которых по разным причинам произошло резкое увеличение парка (отказ от ж/д перевозок, отказ от аутсорсинга автоперевозок и т.д.);
  • применение мобильных шиномонтажных комплексов. При аварийном выходе из строя шины самосвал теряет суммарно до 95 мин. на ожидание тягача, доставку до места ремонта и возврат на исходную позицию. Использование мобильного шиномонтажного оборудования позволяет оперативно, не покидая зоны горных работ, производить замену колеса, экономя на этом до 65 мин.;023 13
  • использование машин для демонтажа и установки РМК большегрузных самосвалов. В настоящее время демонтаж редуктора мотор-колеса (РМК) большегрузных самосвалов БЕЛАЗ (131 и 220 т) производится погрузчиками, не приспособленными для выполнения таких работ. Применение специальной машины для демонтажа и установки РМК позволяет сэкономить до 32 час. рабочего времени на каждой замене;
  • использование мобильных маслостанций. Мобильная установка для замены масла позволяет проводить его замену непосредственно в месте работы оборудования, без выезда в ремонтные боксы. При этом за счет применения специального насосного оборудования процесс замены масла сокращается. Одна маслостанция способна обслужить до 20 самосвалов БЕЛАЗ (130 т).

Простои, связанные с отсутствием запчастей - в основном характерны для нового оборудования, находящегося в труднодоступных районах (Ургал, Апсат), и связаны со сложностью для поставщиков оперативной доставки требуемых запчастей. Минимизировать эти простои можно, повышая качество обслуживания и уровень ответственности сервисных служб, в частности:

  • заключение долгосрочных, 3-5-летних контрактов на обслуживание с ключевыми подрядчиками;
  • применение подхода гарантированного качества оказываемых сервисных услуг по типу SLA;
  • создание сервисных складов расширенной номенклатуры для удаленных предприятий.

Технологические простои - связаны с выполнением обязательных технологических операций. Сократить их можно, либо ускорив выполнение операций, применяя вспомогательную технику, либо меняя технологию, избавляясь от излишних операций:

  • применение технологии работы широким забоем с двумя автомобильными заездами позволяет минимизировать простои автотранспорта в случае выхода из строя одного из экскаваторов;
  • применение систем быстрой заправки. В настоящее время заправка карьерных самосвалов, как правило, осуществляется оборудованием со скоростью заправки от 100 до 300 л/мин. Установка специальных систем позволяет повысить скорость заправки до 600 л/мин;
  • применение инновационных кузовов. Кузова облегченной конструкции, с футеровкой (отделкой) современными полимерными материалами обеспечивают ряд преимуществ по сравнению со штатными изделиями. За счет отсутствия эффекта налипания горной массы на стенки кузова и снижения простоев на зачистку кузова повышается производительность самосвала. Специальная конструкция кузова позволяет увеличить грузоподъемность машины и снизить динамические нагрузки на самосвал. Предварительные расчеты показывают, что стоимость владения самосвалом с инновационным кузовом меньше стоимости владения самосвалом со штатным кузовом примерно на 18%.023 14

Анализируя пройденный путь, предприятиями компании СУЭК необходимо отметить, что методы операционных улучшений с применением современных технологий и оборудования, с поэтапной реализацией, с обязательной оценкой экономической эффективности каждого шага на перспективу позволяют обеспечивать компании поступательное развитие с сохранением лидирующих позиций в угольной отрасли Российской Федерации.

Ключевые слова: оборудования, работ, позволяет, суэк, работы, вскрыши, горной, массы

Журнал "Горная Промышленность" №6 (111) 2013, стр.23