Расширение масштабов применения безвзрывной тонкослоевой технологии горных работ

Комбайны Wirtgen Surface Miner на карьерах холдинга «ЕВРОЦЕМЕНТ груп»

М. Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH

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

В.А. Гуськов, Руководитель департамента горных работ «ЕВРОЦЕМЕНТ груп»

Н.В. Камышева, главный инженер Михайловского карьероуправления_

Одно из направлений программы технического переоснащения горного производства, последовательно реализуемое на карьерах цементных заводов холдинга «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» - применение безвзрывной тонкослоевой технологии на основе использования горных комбайнов фирмы Wirtgen International GmbH. Этому способствует накопленный к настоящему времени положительный опыт использования горных комбайнов Wirtgen Surface Miner модели 2200 SM на Джегутинском карьере ОАО «Кавказцемент».

Сначала применения комбайновой технологии (август 2005 г.) по 1 ноября 2007 г. здесь было добыто около 6.5 млн. т известняка, в том числе 0.48 млн. т в 2005 году, 3.0 - в 2006 году и 2.98 млн. т - в 2007 году. На конец 2007 года объемы могут превысить 3.5 млн.т. Фактический коэффициент использования комбайнов по времени составил 0.742 при непрерывном режиме горных работ.

В рамках программы технического переоснащения горных работ на заводах холдинга «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» в качестве первоочередных объектов приняты ОАО «Михай-ловцемент» и «Липецкцемент», на карьерах которых в течение 2006 года осуществлялась опытно-промышленная эксплуатация комбайна модели 2200 SM. Опытно-промышленные работы на этих предприятиях преследовали следу-
ющие основные цели: установление исходных данных для определения целесообразности разработки месторождений цементного сырья комбайнами Wirtgen Surface Miner; уточнение эксплуатационных параметров, определяющих техническую и эксплуатационную производительности комбайнов по добыче известняков с различными прочностными характеристиками.

По результатам работ было принято решение о применении на этих карьерах комбайнов модели 2500 SM. Кроме этого, в связи с расширением производства цемента комбайн 2500 SM в конце 2007 года поставляется на Джегутинский карьер ОАО «Кавказцемент».

До проведения в 2006 году опытно-промышленных работ на Кумовгорском месторождении, являющемся сырьевой базой ОАО «Михайловцемент», горно-геологической службой предприятия были отобраны три партии известняков, характеризующих основные участки и слои месторождения и отличающиеся по цвету: белый, серый и желтый.

По результатам исследования образцов известняка были сделаны следующие выводы:

• Прочностные свойства известняков месторождения как по простиранию, так и по мощности пластов изменяются от 62-83 до 96-120 МПа. Самые крепкие известняки белого цвета характеризуются разбросом прочностных свойств в куске от 77 до 177 МПа, при средних значениях 120 МПа. Для известняков серого цвета разброс прочностных свойств в куске составляет от 48 до 113 МПа, при средних 72 МПа, а для известняков желтого цвета, соответственно, от 57 до 115 МПа, при средних 83 МПа.

• Для разработки известняков, слагающих большую часть месторождения, необходимо применение комбайна типоразмера 2500 SM, т.к. в структурном отношении карбонатный массив характеризуется крупноблочностью (высота блоков до 600-800 мм) и повышенной окремненностью слоев известняка верхнего горизонта.

Подробно горно-геологические условия месторождения, а также организация ведения опытно-промышленных работ изложены в журнале «Горная Промышленность», №1(63)/2006 г.

Как отмечалось ранее, переход на безвзрывную разработку залежи известняка целесообразен по следующим причинам. Южный борт карьера в средней части достиг границ земельного и горного отводов, расположенных вблизи жилого посёлка Стрелецкие выселки. В связи с этим дальнейшее использование традиционной технологии на основе взрывной подготовки известняка значительно сужает фронт горных работ, а в целиках охранной зоны остаются запасы кондиционных известняков в объеме около 12 млн. т и глин -16.5 млн. т, что значительно сокращает срок службы цементного завода.

Для проведения полномасштабных опытно-промышленных работ был выделен участок в юго-западной части карьера, на котором ранее были проведены пионерные работы по использованию комбайна 2200 SM.

Учитывая большую мощность комбайна 2500 SM, размеры опытного производственного участка были увеличены как в длину (с 280 до 350 м), так и по ширине (с 45-60 до 80-100 м). Прочность пород на этом участке составляет 100-120 МПа.

Комбайн 2500 SM поставлен на завод 10 октября 2007 г. В течение 11-18 октября 2007 г. были смонтированы поворотный круг конвейера и противовеса, установлен разгрузочный конвейер и соединены запиточные магистрали, после чего комбайн был доставлен в карьер на выделенную для работ площадку.

При выборе организации и направлений развития горных работ учитывались особенности рельефа и конфигурации площадки:

- наличие поперечного уклона с падением отметок от откоса на ширину площадки до 0.5-0.1 м;

- наличие по длине площадки откоса криволинейной формы с заколами и выступами, что значительно увеличивало трудоемкость работ в прибортовой зоне и потребовало специальной организации работ с помощью дополнительного оборудования (рыхлительно-бульдозерного агрегата или колесного погрузчика, а впоследствии было отдано предпочтение применению гидромолота, навешенного на гидравлический экскаватор);

- выше площадки, представляющей кровлю известняка, разрабатывается вскрышной уступ, сложенный песками. Для обеспечения производительной работы комбайна были приняты следующие решения:

- выровнить микрорельеф площадки;

- отработку каждого слоя начинать с организации в торцах площадки врубовых выработок (короткими проходами комбайна);

- в процессе подготовительных работ для создания системы водоотвода и условий для производительной работы комбайна придать площадке продольный уклон 0.5% и поперечный уклон в сторону откоса - 1%. Для этих целей произвести съемку поверхности площадки лазерным нивелиром модели EAGL-350, позволяющим впоследствии управлять рабочим органом комбайна и процессом фрезерования.

В период с 19 по 26 октября 2007 г. было проведено профилирование въездной дороги на опытный участок, проходящей по четвертичным отложениям. При этом скальные породы, отбитые комбайном, в объеме свыше 5-6 тыс. т были уложены в полотно дороги. В этот период проходило обучение персонала навыкам управления и обслуживания комбайна. В конечном итоге для производительной работы комбайна и автотранспорта была подготовлена дорога длиной 600 м.

Комбайн приступил к работе с выполнения нескольких параллельных проходов вдоль откоса нижележащего уступа на северной и восточной его частях (рис. 1). Трасса первого прохода намечалась с отступлением 1 м от закола бровки откоса. Затем короткими проходами на восточном торце участка, а затем и на западном, были сформированы площадки для разворота комбайна.

Учитывая, что радиус безостановочного поворота комбайна составляет около 9.5 м, площадка для разворота должна иметь ширину не менее суммарной ширины шести проходов комбайна, т.е. ~15 м. В нашем случае после выравнивания рельефа площадки при отработке первого слоя толщиной 40 см количество пройденых врубовых выработок (поперечных проходов) составило более шести.

Необходимость эксплуатации комбайна за пределами призмы возможного обрушения откоса уступа, на котором организована опытная площадка, а также крупноблочность массива отрабатываемого слоя известняка (достигающая 80-90 см) приводили после отработки комбайном нескольких слоев к образованию в зоне верхней бровки уступа целика из неразрушенных известняков. Так как высота этих целиков достигала 0.6-0.8 м и более, то для их разрушения использовались имеющиеся в карьере рыхлительно-бульдозерные агрегаты на базе трактора Т-25.01 (ОАО «Промтрактор») (рис. 3).

В дальнейшем намечено образующиеся целики известняков дробить гидромолотом, навешенным на гидравлическом экскаваторе, или, по мере опускания забоя-площадки, отрабатывать их комбайном.

Одним из надежных методов проведения комбайном первого прохода-заходки вдоль верхней бровки уступа - работа с откосом, пригруженным взорванными породами, не убранными от последней экскаваторной заходки (рис. 4). В этом случае создаются наиболее безопасные условия для проведения комбайном крайней заходки и не образуются целики из неразрушенных известняков вдоль верхней бровки откоса уступа. А по мере понижения отметки площадки в результате отработки комбайном рыхлый материал «при-грузки» перемещается бульдозером под откос уступа.

Схема, представленная на рис. 4, апробирована на Джегу-тинском карьере известняка (ОАО «Кавказцемент») при отработке горизонта 720 м, у подножья которого был организован буферный склад известняка, обеспечивающий ритмичную его подачу на завод в периоды остановки комбайнов на ремонт.

Упомянутые в тексте и показанные на рис. 1 выступающие участки площадки 2, 3 и 4 отрабатывались комбайном во вторую очередь. На рис. 5 показан заезд комбайна левой гусеничной тележкой на забой для отработки одного из таких участков с максимально допустимым приближением к верхней бровки откоса.

Учитывая большую трудоемкость и низкую производительность комбайна при такой схеме работы, было принято решение об использовании в дальнейшем для отработки целиков бутобойной установкой на гидравлическом экскаваторе, выполняющим попутное выполаживание откоса и дробление крупноблочного материала, перемещенного ранее на нижележащий горизонт (рис. 6).

По завершению упомянутых выше работ, комбайн был переведен в западный торец площадки (см. рис. 1), где приступил к проходке врубовых выработок и формированию разворотной площадки для фронтальных проходов комбайна. Длина врубовых выработок, начинающихся с северной части карьера, составляла около 100 м, поэтому использовалась челноковая схема работы с обратным холостым ходом. Выполнение этих работ было совмещено во времени с процессом обучения персонала предприятия, что предопределило значительные затраты времени. Приходится констатировать, что такие операции, как «выезд из забоя-заходки» и «въезд на новый забой-заходку», оказались для операторов комбайна наиболее трудноосваиваемыми.

Для организации системы водоотвода и создания условий для производительной работы комбайна было решено, как указывалось выше, придать площадке следующие уклоны: продольный - 0.5% и поперечный (в сторону выработанного пространства) - 1%.
Для качественного выполнения этой работы была выполнена съемка микрорельефа поверхности площадки-забоя лазерным нивелиром ЕАGL-350, позволяющим обеспечить управление процессом фрезерования в автоматическом режиме. Съемка показала, что восточную часть площадки нужно понизить примерно на полтора-два метра, что предопределило начало горных работ именно с этой части рабочей площадки.

Учитывая достаточно большую длину площадки, фронтальные проходы комбайна проводились по челночной схеме (с разворотом в её торцах и фрезерованием в обратном направлении). 10-17 ноября 2007 г. комбайн осуществлял формирование необходимых поперечного и продольного уклонов площадки с опережающим углублением врубовых выработок в восточном торце участка.

С 19 по 27 ноября 2007 г. проводился хронометраж работы комбайна, в ходе которого фиксировалось время работы комбайна по фрезерованию, время на маневры и на обмен автосамосвалов под погрузкой, простои по разным причинам. Регистрировалось также время на ежесменное обслуживание, включающее прогрев систем комбайна (30-45 мин), заправку топливом (около 5-10 мин), замену изношенных резцов, очистку гусениц и конвейера от намерзших пород, на осмотр узлов комбайна, смазку, чистку конвейера и фрезерного барабана, проверку гидросистемы и рабочего органа.

За период с 18 по 31 октября 2007 г. комбайн израсходовал 6000 л дизельного топлива и наработал со дня первой заправки 47.6 моточасов (расход топлива составил 126 л/час). Результаты хронометражных наблюдений и полученные на их основе расчетные эксплуатационные показатели работы комбайна представлены в табл. 1.

Технико-эксплуатационные показатели расчитывались исходя из нижеследующих параметров:

- эксплуатационное время (Тэ = Тф + Тр (Тхх) + Тз) включает фрезерование с погрузкой (Тф), время на разворот в конце рабочего хода для работы в обратном направлении (Тр) или время обратного холостого хода (Тхх), время на обмен автосамосвала (Тз);

- эксплуатационная производительность - производительность в тоннах за час эксплуатационного времени комбайна;
- техническая производительность - производительность в тоннах за час чистого времени фрезерования и погрузки (Тф).

Массив известняка в структурном отношении характеризуется крупноблочностью (высота блоков до 800 мм) и повышенной окремненностью слоев верхнего горизонта. При толщине слоя фрезерования около 45 см рабочая скорость комбайна 2500 SM составляла всего 2-3 м/мин, а время погрузки автосамосвала грузоподъемностью 45 т около 7-8 мин. По мере приобретения операторами навыков в управлении комбайном среднее время погрузки снизилось до 6 мин.

Анализ данных хронометражных наблюдений (табл. 2, 3) показывает, что в отдельные моменты эксплуатации комбайна (особенно в первые дни), его техническая производительность изменялась от 310 до 426.7 т/ч. Это объясняется тем, что разрабатываемый массив как по площади, так и по слоям сложен разнопрочным крупноблочным известняком.

Установлено, что с увеличением фронта работ от 100 до 300 м, продолжительность операции фрезерования возрастает на 12-40% и, соответственно, растет эксплуатационная производительность комбайна. Значительный резерв в повышении эксплуатационной производительности комбайна заключен в снижении простоев комбайна в ожидании автосамосвалов (от 9 до 37% всех простоев), большая часть которых связана с остановками дробильного отделения. После организации площадки под буферный склад известняка общие простои комбайна снизились.

Учитывая трудность фрезерования крупноблочных массивов известняка было решено отработать один слой по всей площади опытного участка с толщиной стружки 22.5 см, установленной с помощью лазерного нивелира. За 21 и 22 ноября 2007 г. число погруженных автосамосвалов возросло и составило, соответственно, 45 и 62 (меньшее значение загруженных машин объясняется отключением лазера из-за не-дозарядки аккумулятора и невозможностью работы комбайна в темное время суток).

При устранении непроизводительных потерь времени в работе комбайна сменная потребность завода в сырье может быть обеспечена одним комбайном. В сопоставимых условиях рабочая скорость комбайна возросла практически вдвое и составляла, в зависимости от прочности разрабатываемого известняка, 5-8 м/мин. Время погрузки автосамосвала в отдельные моменты работы комбайна доходило до 3-4 мин.

С целью определения фракционного состава добытого комбайном известняка производились соответствующие рассевы отобранных проб. Для этого комбайн в процессе рабочего прохода укладывал отбитый известняк в штабель. При этом глубина фрезерования составляла 40-45 см, рабочая скорость 3-5 м/мин. Отбор проб производился в середине штабеля. Пробы отбирались перпендикулярно ходу движения комбайна с пересечением всех слоев штабеля.Пробы известняка разделялись на двух ситах с ячейками 100х 100 и 50x50 мм. Затем объем каждой из фракций (>100; -100+ 50; <50 мм) взвешивался и заносился в отдельную таблицу (табл. 5).

За 19-22 ноября 2007 г. комбайном добыто 33240 т известняка, из которых 15060 т отправлено на завод, 3520 т - на специально созданный склад, 7160 т - на отсыпку и формирование транспортных коммуникаций и около 7500 т (в основном из прибортовой зоны) перемещено в выработанное пространство на нижележащий горизонт (для последующей отработки комбайном).

За это время удельный расход резцов составил 7.85 шт./ 1000 тонн. Использовались резцы типоразмеров К 17, К 19 и К 22. Резцы типа К 22 оказались громоздкими, быстро и чаще других выходили из строя.

Комбайн 2500 SM принят в эксплуатацию. Следующим объектом использования комбайна будет Джегутинский карьер.

Журнал "Горная Промышленность" №6 2007, стр.26