Технологии Wirtgen Surface Mining в горнодобывающей промышленности

Для традиционной технологии горных работ, предусматривающей буровзрывную подготовку горной массы к выемочно-погрузочным работам, характерны рост затрат на производство горных работ из-за постоянного повышения цен на топливо, материалы и услуги, а также ухудшение горнотехнических условий разработки. Один из путей снижения затрат на горные работы и транспорт – это переход на высокорентабельные технологии с применением принципиально нового для открытой разработки оборудования, способного при работе совмещать основные процессы горного производства, такие как бурение, взрывание, погрузка и значительная часть дробильного передела.

Одним из таких видов оборудования являются горные комбайны Wirtgen Surface Miner, которые осуществляют фрезерование массива с одновременной погрузкой и получением в забое куска размерами менее 50 мм (около 80…90% общего количества), что позволяет снижать затраты на горное производство и дробление.

Объединение Wirtgen Group к настоящему времени превратилось в мирового лидера в области создания машин для строительства и содержания автомобильных дорог и представляет собой группу фирм, комплексно решающих вопросы дорожного строительства от производства сырья (бетонные и асфальтобетонные заводы) до создания дорожных машин разных типов и назначения. За последние 25 лет параллельно основной продукции фирма Wirtgen GmbH освоила производство принципиально нового для открытой разработки оборудования – карьерных комбайнов Wirtgen Surface Miner разных типоразмеров.

Следует отметить, что в 1970-е гг. ряд горнодобывающих компаний, в основном в Австралии и США, поддержали программы научных исследований и проекты машиностроительных фирм на создание машин и механизмов для безвзрывной разработки открытым способом месторождений полезных ископаемых. Многие известные поставщики горнодобывающих машин участвовали в этих программах и разработали пионерные образцы машин для разрушения горных пород механическим способом. Однако к настоящему времени ни одна из этих фирм не продолжила своих разработок в этой области, и только фирма Wirtgen последовательно продолжает оставаться на передовых позициях в области создания и совершенствования машин для безвзрывной тонкослоевой технологии открытой разработки. Первоначально создали три прототипа комбайна модели 3000 SM. С помощью этих машин в рамках специальных проектов и в соответствии с программами развития угольной отрасли в Бразилии, США и Австралии провели опытно-промышленные работы.

Первый комбайн модели 3000 SM был продан в 1980 г. в Австралию. Второй комбайн модели 1900 SM в 1983-м продали для добычи гипса в Южную Африку. В 1985 г. комбайн специальной конструкции для разработки крепких скальных пород модели 3500 SM был создан и продан в США, где и работает до сегодняшнего дня.

Важным был 1989 г., когда приняли решение на базе самой удачной дорожной фрезы 2100 DC создать для горнодобывающей промышленности версию горного комбайна 2100 SM. В том же году комбайн модели 4200 SM ввели в эксплуатацию на угольном разрезе в Австралии для селективной разработки сложноструктурных угольных пластов. В 1995 г. был создан и направлен в Ливию для целей ирригационного строительства комбайн модели 3700 SM. Первые модели комбайнов 4200 SM и 3700 SM стали «прародителями» новой концепции нового комбайна 4200 SM, о котором речь пойдет ниже.

Год 2000-й стал переломным. Принципиальным явился полный переход всех машин на гидромеханическую (клиноременную) передачу, четырехтележечный ход, увеличение мощности и массы, а также ряд усовершенствований в области управления и обслуживания машин, в том числе с использованием постоянной компьютерной диагностики всех операций, осуществляемых комбайном.

По состоянию на конец 2010 г. из 570 выпущенных серийных машин W2200 в модификации «горный комбайн» выпущено 168 ед. модели 2200 SM, из них 118 ед. с обычным барабаном и 50  ед. с расширенным (последний используется при технологии «windrows»). Для добычи угля комбайн может оснащаться барабаном шириной 3800 мм и на некрепких известняках шириной 2500 мм.

Для разработки широкой гаммы пород от некрепкого мергеля до крепкого гранита изготовлено 62 ед. модели 2500 SM.

Опыт создания и практической работы карьерных комбайнов, которые к настоящему времени в количестве 340 ед. переданы потребителям для реализации на карьерах и разрезах, позволил в настоящее время реализовать концепцию новой безвзрывной разработки массивов горных пород в горном деле и гражданском строительстве (диаграмма. 1).

Комбайны Wirtgen Surface Miner создаются для разработки самых разных горных пород. Уже накоплен значительный опыт использования этих комбайнов в Японии (породы с прочностными характеристиками 120…250 МПа), в США (до 120  МПа), в Ливии (80…140 МПа) и в Индии. Причем каждый раз комбайн создается для конкретных горногеологических условий (диаграмма 2).

В настоящее время на карьерах по добыче цементного сырья и гипса в 26 странах мира используется около 80 ед. горных комбайнов. Наибольшее количество – 35 комбайнов моделей 2100 SM, 2200 SM и 2500 SM находится в Индии, где три ведущие компании по производству цемента: Ambuja Cements, Madras Cements и India Cements на своих предприятиях применяют новую безвзрывную технологию горных работ. Комбайны они начали применять в 1996 г., и к настоящему времени каждый из них проработал от 8 до 12 лет.

На ряде заводов в США применяются 26 комбайнов фирмы Wirtgen. В Алжире и Нигерии для цементного производства закуплено 10 комбайнов модели 2500 SM. На разработке угольных месторождений мира применяются 64 комбайна.

На основе богатейшего опыта практической работы почти на всех континентах и во всех климатических зонах мира в новом тысячелетии разработаны новые концепции машин и новый параметрический ряд горных комбайнов, который включает модели 2200 SM, 2500 SM и 4200 SM. Особое место в ряду комбайнов занимает выпущенная в начале 2009 г. новая концепция модели 4200 SM, которая создавалась конструкторами фирмы с учетом пожеланий австралийских инженеров. Вначале было обращено внимание на обеспечение работоспособности оператора и создание ему комфортных условий. Кабина размещена над левой передней ходовой тележкой и, таким образом, изолирована от основного корпуса. Тем самым при работе комбайна обеспечиваются низкая вибрация, снижение шумовых нагрузок от двигателя, для дальнейшего гашения вибрационных нагрузок монтаж кабины на специальных резиновых амортизаторах. Предусмотрены также шумоизоляция, кондиционирование воздуха, удобное поворотное сиденье (±135°). Средства контроля и управления размещены в подлокотниках. Остекление панорамное. Кабина может поворачиваться в пределах ±45°. Разгрузочный конвейер поворачивается в пределах 180°. Предусмотрена возможность погрузки автосамосвалов класса 240 т. Конструкция противовеса позволяет вести горные работы близко к откосу. Машина выпускается в двух модификациях.

Большое значение уделено простоте и эффективности технического обслуживания, которое является ключевым фактором для сокращения потерь времени на него и повышения производительности. К основным агрегатам доступ прост и безопасен. К служебному отсеку привода фрезерного барабана без труда можно попасть с земли. Имеется центральная заправочная станция для топлива и смазочных материалов. Интервалы штатного техобслуживания двигателя увеличены до 1000 машино-часов. Специальная конструкция разгрузочного конвейера упрощает операции по замене конвейерных лент. Общий вид комбайна для условий разработки железорудных месторождений Австралии приведен на снимке.

Пионером в области освоения безвзрывной тонкослоевой технологии в России является холдинг «ЕВРОЦЕМЕНТ груп», который к настоящему времени по новой технологии на своих карьерах добыл свыше 16 млн. т.

Одно из направлений программы технического перевооружения горных цехов цементных заводов, реализуемых в настоящее время холдингом «ЕВРОЦЕМЕНТ груп», – это переход на безвзрывную тонкослоевую технологию горных работ с использованием комбайнов фирмы Wirtgen. Этому способствует накопленный положительный опыт освоения новой технологии на Джегутинском карьере ОАО «Кавказцемент», где с начала эксплуатации с применением безвзрывной технологии добыто около 11,5 млн. т известняка. Фактически коэффициент использования комбайнов по времени составил 0,74 при непрерывном режиме ведения горных работ.

Следующим объектом выбран карьер известняка Липецкого цементного завода (см. журнал «Горная промышленность, № 4, 2008 г.). С начала ввода комбайнов в эксплуатацию на конец 2010 г. по безвзрывной технологии добыто около 3 млн. т полезных ископаемых.

С вводом в 2009 г. в эксплуатацию комбайна 2500 SM на карьере известняка Пикалёвского цементного завода в настоящее время на карьерах цементных заводов холдинга «ЕВРОЦЕМЕНТ груп» работают пять комбайнов данной модели.

Широко применяются комбайны Wirtgen Surface Miner на разработке месторождений различных полезных ископаемых.

При разработке бокситовых месторождений в Гвинее (Киндия и Баландугу) уже около 10 лет новая технология используется на предприятиях СА, где в работе находятся 5 комбайнов различных моделей, от 2100 SM, 2200 SM до 2500 SM. За это время добыто около 8 млн. т бокситовых руд, в том числе около 3 млн. т высококачественных руд, отчужденных в целики взрывоопасных зон.

Накопленный опыт безвзрывной тонкослоевой технологии позволил специалистам ОК «РУСАЛ» в этот период ввести в эксплуатацию новое месторождение Баландугу без традиционного дробильного корпуса, значительно сократив при этом капиталовложения в строительство рудника. За 2005–2010 гг. на месторождении Баландугу добыто свыше 10 млн. т. Таким образом, начиная с 2000 г. на добыче бокситов в Гвинее с помощью новой технологии добыто свыше 15 млн. т.

В Австралии компанией Fortescue Metals Group, Ltd в течение трех лет реализуется один из крупнейших в мире проектов по освоению и пуску в эксплуатацию железорудного месторождения, расположенного в районе Пилбара. Планируемая годовая производительность составляет около 45 млн. т. В качестве основного добычного оборудования там применяют 19 комбайнов модели 2500 SM. Результаты работы этой модели комбайнов и создание новой модели 4200 SM позволили компании сделать заказ фирме Wirtgen на поставку семи указанных машин, из которых четыре уже находятся в работе.

В США на угольном месторождении Red Hills Mine, принадлежащем North American Coal, успешно работает комбайн 4200 SM, обеспечивая часовую производительность около 3 тыс. т.

Способность к безвзрывной разработке массивов горных пород позволяет применять комбайны Wirtgen Surface Miner в районах плотной застройки, где имеются ограничения на буровзрывные работы. Это способствует вводу в эксплуатацию запасов, отнесенных в целики взрывоопасных зон (а это, как правило, близлежащие к заводу участки), одновременно в определенных условиях сокращаются дальность транспортировки и соответственно эксплуатационные затраты.

Накопленный за более чем 20 лет опыт ведения горных работ по новой экологически более безопасной для окружающей среды технологии позволяет утверждать, что карьерные комбайны Wirtgen Surface Miner обеспечивают возможность:
• эффективно вести горные работы без применения БВР по породам прочностью до 120 МПа (в отдельных случаях до 200…250 МПа);
• осуществлять тонкослоевую селективную разработку месторождений полезных ископаемых, представленных любыми залежами, в том числе сложноструктурными пластами, обеспечивая высокую степень полноты и качества извлечения полезного ископаемого из недр;
• работать автономно с быстрым вводом в эксплуатацию без общепринятых для традиционного горного оборудования больших сроков монтажа и наличия определенной инфраструктуры;
• обеспечивать в процессе работы добычу кусков горной породы, не требующих последующего крупного и частично среднего дробления и пригодных для транспортировки конвейерным транспортом;
• обеспечивать для работы автосамосвалов ровную поверхность с заданными поперечными и продольными уклонами.