Горный комбайн Wirtgen Surface Miner 2500 SM на меловом карьере месторождения «БОЛЬШЕВИК» ОАО «ВОЛЬСКЦЕМЕНТ»

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH (Германия)

А.П. Иль, руководитель цеха «Карьер» ОАО «Вольскцемент»

Ю.Б. Панкевич, к.т.н., руководитель направления продаж горных комбайнов ООО «Виртген"Интернационал"Сервис»

М.Ю. Панкевич, консультант фирмы Wirtgen International GmbH по применению комбайнов Surface Miner

Настоящие работы по вводу в эксплуатацию комбайна Wirtgen 2500 SM (Surface Miner) проведены в июле-августе 2011 года на карьере мела, опоки и глины «Большевик», служащим сырьевой базой ОАО «Вольскцемент». Этому предшествовали опытно-промышленные работы, проведенные в рамках аренды в октябре-ноябре 2009 года с комбайном модели Wirtgen 2200 SM, которые продемонстрировали возможность и целесообразность разработки меловой толщи месторождения «Большевик» комбайнами Wirtgen Surface Miner, а также высокую чистоту и полноту выемки полезного ископаемого из недр. По результатам этих работ Holcim Group (Швейцария), которой принадлежит ОАО «Вольскцемент» приняло решение о переходе на безвзрывную тонкослоевую технологию горных работ с применением в качестве основного горнодобывающего оборудования комбайнов Wirtgen 2500 SM.Wirtgen 2500 SM

Месторождение «Большевик» находится на правом берегу реки Волги, в черте города Вольска Саратовской области, в двух километрах от центра города. Поверхность месторождения холмистая, повышающаяся с северо-востока на юг, юго-запад с отметками от 100–110 м до 200–215 м за пределами месторождения.

Полезная толща (по мелу) имеет мощность около 70 м. Прочность мела в массиве – от 20 до 40 МПа не позволяет отрабатывать его без применения буровзрывных работ. Буровзрывные работы производятся подрядным способом Саратовским участком Волгоградвзрывпром.

Месторождение разрабатывается открытым способом семью добычными уступами (один – по опоке, четыре – по мелу и два – по глинам) и одним вскрышным уступом. Карьер имеет форму, близкую к кругу диаметром около 1300 м.

Северная, восточная и южная границы карьера находятся в конечном положении. Развитие фронта горных работ осуществляется в западном направлении. Длина фронта составляет 400–500 м. В юго-западной и северной частях карьера, несмотря на наличие запасов, фронт работ ограничивается близостью производственных зданий и сооружений, которые при применяемой технологии горных работ (с буровзрывным рыхлением) попадают во взрывоопасную зону. В выработанном пространстве юго-восточной части карьера располагаются производственные здания и сооружения цементного завода.

Добычные работы по мелу ведутся на 5 уступах с отметками рабочих площадок: +127 м (124–133 м), +108 м (103–109 м), +95 м (88–96 м), +82 м (78–82 м), +69 м (66–70 м). С горизонтов +127 м, +108 м, +95 м и +82 м взорванный мел экскаваторами ЭКГ-5У и ЭКГ-8И последовательно с уступа на уступ переваливается на транспортный горизонт +69 м, где экскаваторами ЭКГ$8И грузится в железнодорожные составы. Мел в производство цемента доставляется локомотивосоставами с электровозом EI-21 и думпкарами ВС105 грузоподъемностью 105 т по ж.-д. пути нормальной колеи.

На горизонте +54 м совместно с глиной отрабатывается слой мергелистого мела (т.н. «синяк»), прочностью 20–40 МПа, естественной влажностью – 10–15%, объемной массой – 1.96 г/см3 , который оставляется в кровле уступа глин в виде 4-х – 5-ти метровый подушки (отметка поверхности +69 м), для обеспечения стабильности железнодорожных путей. «Синяк» и глина на этом горизонте после буровзрывных работ грузятся экскаватором ЭКГ-8И в локомотивосоставы и доставляются в сырьевой цех.

При кажущейся простоте, схема отличается крайне низким использованием основного горного оборудования (10–15%), а также отсутствием возможности снижения производственных издержек.

Комбайн 2500 SM №6.26.044 прибыл на завод в июне 2011 года. После обучения персонала предприятия (с 13.06 по 23.06.2011 г.) на заводе Wirtgen, в начале июля начали сборку комбайна, к 6 июля 2011 г. были выполнены все монтажные работы: установлены кабина оператора, разгрузочный конвейер и противовес, соединены запиточные магистрали. По завершению монтажа, комбайн отправлен на выделенную площадку в карьере, которая располагалась в верхней части полезной толщи с отметками поверхности 148–149 м (фото 1).Фото 1 Фрагмент рабочей зоны карьера по меловой толще: на верхней площадке — участок для работы комбайна

Фото 1 Фрагмент рабочей зоны карьера по меловой толще: на верхней площадке —
участок для работы комбайна

Площадка представляла собой вытянутый с севера на юг (вдоль откоса верхнего вскрышного уступа) прямоугольник, с размерами по длинной стороне 376–400 м и по коротким сторонам: на севере вдоль въездной дороги – 140 м, на юге – до 30 м.

По северной, северо-восточной и южной сторонам площадка ограничивалась косогорным рельефом (см. фото 1), с западной стороны границей служил конец выровненной бульдозером площадки, с восточной – площадка граничила с верхней бровкой откоса вскрышного уступа.

Так как площадка выравнивалась рыхлительно-бульдозерным агрегатом, ее поверхность была представлена сложным микрорельефом с буграми и впадинами до 0.5 м, что потребовало дополнительных работ по выравниванию ее поверхности комбайном. Транспортирование добытого комбайном мела осуществлялось по въездной автодороге, отстроенной ранее с помощью комбайна 2200 SM. Добытый мел доставлялся в автосамосвалах БЕЛАЗ грузоподъёмностью 27–30 тонн.

Следует отметить, что с самого начала комбайн управлялся операторами, одновременно проходившими обучение практическим навыкам работы под руководством сервисмехаников ООО «Виртген-Интернациональ-Сервис». Добычные работы по новой технологии были развёрнуты с 6 июля 2011 года.

Первый проход комбайн совершил вдоль западной границы площадки. После загрузки последовательно 34 автосамосвалов за проход общей длиной около 380 м комбайн развернулся и продолжил фрезерование в обратном направлении. Таким образом, длина пути при погрузке одного автосамосвала в зависимости от микрорельефа площадки составляла в среднем около 11 м. В последующие дни по аналогичной схеме осуществлялись параллельные проходы с севера на юг и обратно: с разворотом в конце рабочего хода и фрезерованием в обратном направлении (фото 2).

Фото 2 Второй проход комбайна после разворота в южной части площадки

Фото 2 Второй проход комбайна после разворота в южной части площадки

В течение 9 июля 2011 г. добытый мел доставлялся пятью самосвалами на гидрофол. Так как на значительной части площадки её поверхность сложена рыхлым мелкокусковым материалом, сырьевое отделение отказалось от приёма добываемого комбайном мела. В связи с этим, в дальнейшем материал из первого снятого слоя отправлялся на прирельсовый склад сырья, а из последующих слоев – в сырьевое отделение на гидрофол.

Одновременно, начиная с 59 по 64 погрузку, комбайн пересекал линзу опоки, которая является внутренней вскрышей, поэтому материал вывозился в отвал пустых пород.

По маркшейдерскому замеру, выполненному 14 июля 2011 г., на разрабатываемой площади вдоль её западной границы было пройдено около 11 заходок-полос суммарной шириной около 30 м. Отметки поверхности площадки на этом участке понизились в среднем на 0.48 м и всего было добыто около 8317 т товарного мела. Этот объём был вывезен на прирельсовый склад сырья и гидрофол за 385 рейсов автосамосвалов. Средняя масса груза в кузове автосамосвала составила 21.6 т. Она была принята за основу при расчёте эксплуатационных параметров работы комбайна.

В течение 15 июля 2011 г. добытый мел вывозился на прирельсовый склад сырья. Во второй половине рабочей смены комбайн вскрыл новый слой. В начале работы по новому слою несколько автосамосвалов были загружены при отработке линзы опоки, которую отправили в отвал вскрышных пород.

16 июля 2011 г. после инструктажа новых операторов, была отработана первая заходка по мелу, который был отправлен на гидрофол. Для работы с комбайном было занаряжено сначала 5 автосамосвалов, а после 18 погрузки добавлен шестой.Положение площадки эксплуатации комбайна Wirtgen 2500 SM по состоянию на 14.07.2011

В первой половине рабочей смены производилась отработка бугра в южной части площадки короткими проходами, в конечном итоге приведшими к удлинению общего фронта работ примерно на 150 м. Между 39 и 40 погрузкой комбайн не работал, из-за того, что гидрофол не принимал мел. Кроме этого, недостаточное количество автосамосвалов в смену привело к тому, что комбайн простоял в течение смены ещё 70 мин. Итого общие простои в смену составили 2 час. 10 мин.

Весь день 17 июля 2011 г. комбайн работал с отгрузкой мела на гидрофол. Нарядом к комбайну были выделены 5 автосамосвалов. При проходе комбайна по линзе опоки, гружёные автосамосвалы направлялись на породный отвал. Как и в предыдущий день, недостаточное количество автосамосвалов привело к тому, что комбайн в течение смены простоял 80 мин.

В процессе горных работ изучались эксплуатационные параметры работы комбайна, определяющие в динамике его производительность, а также регистрировалась продолжительность выполнения различных операций производственного цикла. Хронометражные наблюдения за работой комбайна при фрезеровании и каждой погрузке автосамосвала, регистрировали затраты времени на манёвры и обмен автосамосвалов под погрузкой. Также регистрировалось время простоев по разным причинам, в том числе из-за отсутствия порожних автосамосвалов, а также затраты времени на ежесменное обслуживание, включающее заправку дизельным топливом и водой.

Результаты ежедневных хронометражных наблюдений сводились в отдельном журнале.

Результаты обработки хронометража и полученные на их основе расчётные значения параметров эксплуатации комбайна сведены в таблицу 1 и таблицу 2.

При расчёте были использованы следующие термины: Эксплуатационное время (Тэ = Тф + Тр + Тз) – сумма времени фрезерования с погрузкой или без погрузки с отсыпкой в штабель (Тф), времени на разворот в конце рабочего хода для работы в обратном направлении (Тр) или времени обратного холостого хода (то есть время на манёвры), времени на обмен автосамосвалов под погрузкой (Тз).

Эксплуатационная производительность – производительность в т/час за эксплуатационное время комбайна.

Техническая производительность – производительность в т/час за время чистого фрезерования и погрузки (Тф) комбайном.

Анализ данных ежедневных хронометражных наблюдений позволил проследить в динамике изменение эксплуатационных параметров комбайна по каждому из обучающихся операторов. В период с 6 июля по 16 июля 2011 г. техническая производительность была невелика и составляла от 450 до 490 т/час. Из-за занятости будущих операторов комбайнов на своей основной работе (машинисты экскаваторов, погрузчиков и грейдера) обучение производилось неритмично.

Большая часть операторов на конец рассматриваемого периода прошло обучение всего в течение 1–2 смен. Среднее время погрузки автосамосвала за дни работы комбайна, изменялось от 2.7 до 2.9 минут. Велико было время, затрачиваемое на маневры.

При этом эксплуатационная производительность изменялась от 300 до 380 т/час.

Следующая неделя работы комбайна характеризуется улучшенными показателями. Это обусловлено и тем, что несколько выровнялась поверхность площадки, что позволило комбайну работать с большей толщиной стружки (в среднем 50–55 см). Это сразу же сказалось на среднем времени погрузки, которое снизилось до 2.0–2.7 мин., а техническая и эксплуатационная производительности (в зависимости от навыков оператора), соответственно возросли до 500–600 т/час и от 370 до 430 т /час.

Полученные данные технической производительности свидетельствуют о производительной работе комбайна при разработке мела.

В течение 8-ми часовой смены комбайн в зависимости от количества выделенных автосамосвалов и квалификации оператора, в первый период обучения загружал 70–80 автосамосвалов. В дальнейшем, начиная с 17 июля 2011 г., достаточно регулярно загружалось уже по 80–110 автосамосвалов.

21 июля 2011 г. на комбайне были смонтированы датчики лазерной системы нивелирования, а на площадке был установлен лазерный двухуровневый нивелир модели EAGL-350, позволивший после съёмки поверхности площадки, выполнять ее выравнивание (фото 4).Фото 4 Работа комбайна Wirtgen 2500 SM, оснащённого лазерным нивелиром

Фото 4 Работа комбайна Wirtgen 2500 SM, оснащённого лазерным нивелиром

Датчики нивелира позволяют в автоматическом режиме управлять рабочим органом комбайна и процессом фрезерования, а также обеспечивают заданные уклоны площадки. Для обеспечения водоотвода с площадки и создания условий для производительной работы комбайна площадка имела уклоны: по длине – 0.25%, в поперечном направлении в сторону выработанного пространства – 1%.

Со 2 августа 2011 г. работа комбайна велась в две 12-ти часовых смены. В этот период работа операторов комбайна контролировалась сервис-механиками ООО «ВиртгенИнтернациональ-Сервис». К этому моменту комбайн отрабатывал треугольник северной части площадки (см. фото 3).Фото 3 Разработка опоковой линзы, вывозимой в отвал вскрышных пород

Фото 3 Разработка опоковой линзы, вывозимой в отвал вскрышных пород

По мере доработки запасов в треугольнике резко сокращалась длина рабочего хода, в связи с чем доля времени на манёвры резко возросла, что не могло не сказаться на производительности.

По просьбе руководства предприятия, 8 и 9 августа 2011 г. работа была организована так, чтобы достигнуть максимально возможной производительности комбайна. 8 августа 2011 г. было добыто и доставлено на гидрофол свыше 3.9 тыс. т мела. При этом из-за недостатка порожнего автотранспорта простои комбайна в разные периоды смены составили 82 минуты, а потери производительности – около 500–600 т. 9 августа 2011 г. было добыто и доставлено на гидрофол свыше 3.6 тыс. т мела. Простои комбайна в течение смены составили 102 мин., а потери производительности изза этого – около 700–800 т. Техническая и эксплуатационная производительности в эти дни достигли соответственно 895–856 т/час и 575–525 т/час. Время погрузки 27–30-тонного автосамосвала составляло 1.4–1.5 мин.

Одновременно сделан анализ эффективности использования комбайном эксплуатационного часа. Полученные результаты (табл. 2) показывают, что в период работы с 6 по 15 июля 2011 г. время фрезерования и погрузки с комбайном составляло от 70 до 75% , манёвров – от 10 до 19%, время на обмен автосамосвалов под погрузкой – преимущественно от 8 до 11%.

Во время работы комбайна с 19 по 26 июля 2011 г. на отработке бугра в южной части площадки число манёвров, связанных с большой долей коротких проходов, увеличилось с 3 до 8. В связи с этим время на манёвры увеличилось до 24–32%, а время на фрезерование уменьшилось до 60%. Одновременно, эксплуатационная производительность понизилась и составила 270–325 т/час.

В табл. 3 приведены результаты использования времени смены комбайна. Эксплуатационное время работы комбайна составило около 70–85%, время на техническое обслуживание – 8–13%, время простоев из-за ожидания порожнего транспорта изменялось от 7 до 28.7%. Это значит, что в отдельные моменты комбайн простаивал в ожидании порожних автосамосвалов от 20 до 120 мин за 8-ми часовую смену. Особенно это отмечено в период с 15 по 17 июля 2011 года.

Сокращение времени на манёвры комбайна при разворотах, а также полное обеспечение комбайна автомобильным транспортом позволит на 7–10% повысить эксплуатационнотехническую, так и сменную производительность комбайна.

В процессе работ, по мере опускания рабочей площадки, границы забоев приближались к верхней бровке откоса верхнего добычного уступа, оборудованного экскаватором. На этих участках комбайн не загружал мел в автосамосвалы, а сбрасывал его на рабочую площадку экскаватора (фото 5). При поступлении добытого комбайном мела в переработку на гидрофол проявилась необходимость в укрупнении его фракционного состава.Фото 5 Работа комбайна со сбросом добытого мела на рабочую площадку верхнего добычного уступа

Фото 5 Работа комбайна со сбросом добытого мела на рабочую площадку верхнего добычного уступа

С целью определения влияния параметров эксплуатации комбайна, на выход различных фракций мела были выполнены контрольные рассевы отобранных пород. Для этого комбайн в процессе рабочего прохода укладывал добытый мел в штабель на рабочей площадке. Пробы отбирались по длине штабеля через определённый интервал по всему его сечению. На фрезерном барабане комбайна были установлены резцы типа WSM-13-42 с вылетом 77 мм и твёрдосплавной вставкой 13 мм. Для первого рассева (28 июля 2011 г.) пробы отбирались из штабеля, сформированного при рабочей скорости движения комбайна 10 м/мин. и глубине фрезерования 50–55 см. При рассеве проб второго штабеля (1 августа 2011 г.) рабочая скорость комбайна при фрезеровании составляла 12 м/мин.Фото 6 Место отбора и результаты рассева одной из проб мела

Пробы мела пропускались через сита с ячейками 100X100 мм, 50X50 мм и 30X30 мм (рис. 6). Затем каждая из фракций (>100; –100...+50; –50...+30 и <30 мм) взвешивалась, а полученные данные заносились в таблицу (табл. 5). За период с 4 июля по 8 августа 2011 г. в топливный бак комбайна было залито 18.7 тыс. л дизельного топлива и наработано со дня первой заправки 262 моточас. Так как расчёт удельного расхода топлива производится на момент следующей его заправки, то среднечасовой расход составил 70.2 л/час. Так как за этот период добыто свыше 65 тыс. т мела, то удельный расход дизельного топлива составляет около 0.276 л/т.

Анализ существующего положения горных работ и горнотехнических условий разработки месторождения «Большевик» ОАО «Вольскцемент» с учётом результатов выполненных работ (2009–2011 гг.) позволил сделать следующие выводы:

• Успешное решение актуальных задач по снижению производственных издержек и снижению вредного воздействия горных работ на окружающую среду обусловливает изыскание новых низко затратных технологий.

• Одно из перспективных направлений совершенствования технологии горных работ заключается в применении в карьерах комбайнов, способных производительно разрабатывать массивы горных пород, совмещая основные операции горного производства (подготовку к выемке, выемку из массива, погрузку и дробление). Применение комбайнов в забоях карьеров обеспечивает получение сырья, не требующего крупной и в значительной части, средней стадий его дробления. Особенно это важно при строительстве новых или расширении производства на действующих цементных заводах, капиталовложения в дробильный передел которых велики и сопоставимы с затратами на приобретение нового горного оборудования.

• Невысокая прочность мела месторождения открывает перспективу эффективного перехода на безвзрывную тонкослоевую технологию с применением комбайнов Wirtgen Surface Miner;

• Обеспечение комбайном более «мягкой» погрузки автосамосвалов (по сравнению с экскаватором) в сочетании с возможностью получения ровных поверхностей рабочих площадок и транспортных коммуникаций, приводит с одной стороны, к меньшему динамическому воздействию на конструкцию транспортных средств и, с другой стороны, к повышению средне расчётной скорости движения автосамосвалов в рабочей зоне карьера.

• В ходе применения новой технологии установлены рациональные рабочие параметры комбайна, при которых, в зависимости от типоразмера резцов, 46–49% материала имеет фракционный состав менее 30 мм.

• Удельный расход дизельного топлива за период эксплуатации комбайна (1.5 месяца) составил 70 л/моточас и 0.276 л/т.

• Техническая и эксплуатационная производительности комбайна при полной его обеспеченности транспортными средствами могут достигать 895 и 575 т/час соответственно.

 

Журнал "Горная Промышленность" №5 (99) 2011, стр.34