Новости

Современные открытые горные работы невозможны без использования выемочно-погрузочного оборудования, являющегося неотъемлемым звеном технологической цепочки, в первую очередь это тяжелые карьерные экскаваторы, с гидравлическим приводом и канатные экскаваторы-мехлопата. Развитие открытого способа добычи полезных ископаемых в настоящее время идет по пути концентрации горных работ, увеличения единичной мощности одноковшовых экскаваторов-мехлопат, но вместе с тем и с отставанием процессов обновления экскаваторного парка. Тяжелые условия работы выемочно-погрузочного оборудования связаны с нестабильностью горнотехнических условий, знакопеременными нагрузками и износом элементов оборудования Острота проблемы повышения надежности и качества обслуживания оборудования экскаваторов-мехлопат обуславливается цикличным характером производства, где в большинстве случаев эти машины являются основным звеном всего технологического процесса. Опорно-поворотное устройство является одним из важнейших узлов экскаватора-мехлопаты, определяющим надежную и безопасную эксплуатацию машины в целом. Вместе с этим устойчивость поворотных платформ и нагрузки в опорно-поворотных устройствах в различных условиях недостаточно полно исследованы и отражены в научно-технической литературе. Отсутствие учета движения центра массы механической системы поворотной платформы за время черпания приводит к недостаточно точному определению устойчивости поворотной платформы. Имеющиеся научно-технические подходы не учитывают усилия резания и напора при расчете нагрузок, возникающих в процессе черпания и определяющих напряженно-деформированное состояние опорно-поворотных устройств. Существующие системы контроля работы экскаваторов-мехлопат, несмотря на их многообразие и технические возможности, не ограничивают работу машины при превышении предельного угла наклона. Поэтому решение о дальнейшей эксплуатации в этих условиях принимается машинистом экскаватора, что приводит к возникновению дополнительных нагрузок в опорно-поворотных устройствах.

Одним из направлений решения задачи повышения надежности опорноповоротных устройств экскаваторов-мехлопат является обеспечение устойчивости платформ и снижение уровня нагруженности и за счет применения технических решений, увеличивающих техническую готовность оборудования. Россия - крупнейшая угольная держава и один из мировых лидеров по производству и торговле углем. В недрах России сосредоточена треть мировых ресурсов угля (193,3 млрд. т), и пятая часть разведанных запасов. Из них 101,2 млрд. т бурого угля, 85,3 млрд. т каменного угля (в том числе 39,8 млрд. т коксующегося) и 6,8 млрд. т антрацитов. Промышленные запасы действующих предприятий составляют почти 19 млрд. т, в том числе коксующихся углей – около 4 млрд. т. При существующем уровне добычи угля его запасов хватит более чем на 550 лет. В связи с благоприятными горно-геологическими условиями месторождений Западной Сибири и Востока страны, а также более низкой рентабельностью подземной добычи угля, возрастает значение открытого способа добычи, доля которого составляет, в настоящее время, более 71,2 % и в дальнейшем будет увеличиваться. Из угледобывающих регионов самым мощным является Кузнецкий бассейн – здесь производится 57,6% всего добываемого угля в стране. Общие запасы угля, пригодные для разработки, составляют здесь более 11 млрд. т, в том числе около 2 млрд. т – коксующихся марок, причем в большинстве случаев имеется возможность применения открытой технологии добычи. Эти запасы сосредоточены в основном в мощных и средней мощности пластах в Кемеровском, ЛенинскКузнецком, Бачатском, Прокопьевско-Киселевском, Ерунаковском, Томусинском, Мрасском, Бунгуро-Чумышском и Терсинском геолого-экономических районах. Количество угольных пластов, их мощность, условия залегания, физикомеханические свойства вмещающих пород и другие горно-геологические характеристики в указанных районах отличаются большим разнообразием. Здесь можно найти практически все возможные горно-геологические условия, которые встречаются в других угольных регионах. Поэтому Кузбасс используется как полигон для отработки новых технических и технологических решений в области добычи угля открытым способом.

В Кузбассе на октябрь 2013 г. эксплуатировалось более 63 шахт, 57 разрезов, 42 обогатительных фабрик и установок. Ведущими угольными предприятиям Кузбасса, осуществляющими добычу угля открытым способом являются ОАО «УК «Кузбассразрезуголь», «СДС-Уголь», ОАО «Южный Кузбасс» на долю которых сегодня приходится 38% всего добываемого в регионе и около 22% российского угля. Экскаваторы на открытых горных работах выполняют свыше 80% общего объёма работ, общий годовой объём которых достигает 15 млрд. м3. Самым распространённым классом экскаваторов являются одноковшовые экскаваторы. Их рабочий цикл складывается из операций копания, перемещения заполненного ковша к месту разгрузки, выгрузки грунта из ковша в транспортное средство или отвал и возвращения ковша в забой. Продолжительность рабочего цикла в зависимости от мощности и типа экскаватора и условий работы колеблется от 20 до 80 с. Производительность одноковшового экскаватора на 1 м3 ёмкости ковша в зависимости от условий работы составляет от 100 до 350 тыс. м3 в год, или 80-180 м.куб/ч. Одноковшовые экскаваторы используются для разработки любых, в том числе самых крепких и неоднородных грунтов с крупными твёрдыми включениями. Для работы в более мягких грунтах одноковшовые экскаваторы могут снабжаться ковшами увеличенной ёмкости. Скальные породы и мёрзлые грунты перед разработкой одноковшовым экскаватором разрыхляют буровзывным способом. Основными видами одноковшовых экскаваторов на карьерах Кузбасса являются шагающие драглайны (ЭШ), гусеничные карьерные экскаваторы-мехлопаты (ЭКГ) и гидравлические экскаваторы с рабочим оборудованием «прямая лопата» и «обратная лопата» (ЭГ). Целесообразность применения того или иного вида выемочно-погрузочного оборудования и транспорта обусловливается оценкой преимуществ и недостатков при действии множества факторов. К факторам, оказывающими влияние на выбор вида выемочно-погрузочного оборудования и транспорта можно отнести: производственную мощность карьера и расстояние транспортирования; физико-механические свойства вскрышных пород и полезного ископаемого, условия их залегания, принятая схема разработки месторождения, глубина карьера, уклоны рабочей площадки и трассы для перегона. Все это приводит к тому, что в настоящее время на карьерах применяется не один, а несколько видов выемочно-погрузочного оборудования, каждый из которых в наибольшей степени отвечает данным условиям эксплуатации и обеспечивает высокую эффективность горного производства.

Карьерные экскаваторы-мехлопаты имеют в 2-3 раза больший срок службы, чем гидравлическая машина. Значительные дополнительные затраты, связанные с необходимостью замены выработавших свой ресурс гидравлических экскаваторов, приводят к росту себестоимости добычи полезного ископаемого и делают более целесообразным применение «мехлопат» . Благодаря меньшему числу подвижных деталей и узлов экскаватор-мехлопата более надежен и имеет более высокий коэффициент готовности. Предпочтение гидравлическим экскаваторам обусловлено возможностью селективной выемки полезного ископаемого, их мобильностью, плавностью и скоростью движения узлов. Траектория движения ковша и высокое усилие резания обуславливает их применение в сложных горно-геологических условия, сокращая потери угля. Достоинством гидравлических лопат является также возможность черпания гораздо ниже уровня стояния, подготавливая рабочую площадку требуемых параметров (уклон, зачистка поверхности). Вместе с тем они до сих пор недостаточно изучены производством в условиях эксплуатации, а малый радиус черпания гидравлических экскаваторов заставляет устанавливать их ближе к забою и автосамосвалу, что отрицательно влияет на безопасность работ. Использование на гидравлических машинах дизельного двигателя внутреннего сгорания приводит к значительному отрицательному влиянию на окружающую среду, что особенно актуально для глубоких карьеров, проветривание которых затруднено. Высокая стоимость обслуживания и ремонтов также негативно сказывается при эксплуатации таких машин. Отсутствие обновления экскаваторного парка шагающими драглайнами обусловлена их высокой первоначальной стоимостью, а также отсутствием необходимости в них при увеличении глубин горных работ. Однако они эффективно работают при безтранспортной технологии разработки угля и укладке пород в отвал. Стоимость экскаватора ЭШ-20/90, монтируемого на разрезе «Красногорский» ОАО УК «Южный Кузбасс» составляет 1 млрд. руб. Высокие требования заводов-изготовителей к несущей способности опорной поверхности и качеству подготовки рабочей площадки также снижают технологические возможности шагающих экскаваторов. ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» - крупнейшая компания в Кузбассе РФ, специализирующаяся на добыче угля открытым способом. В состав УК входят 6 филиалов: «Кедровский», «Моховский», «Бачатский», «Краснобродский», «Талдинский», «Калтанский», осуществляющие добычу угля открытым способом. Балансовые запасы УК «Кузбассразрезуголь» составляют более 2 млрд. тонн угля. Ежегодно предприятия компании добывают около 45 млн. т топлива. Основные марки угля - Д, ДГ, Г, СС, Т, КО, КС. Около 50% добываемого угля реализуется на экспорт.

По данным дирекции по производству ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» на 01.01.2014 г. в эксплуатации на разрезах (филиалах) находится 273 экскаваторов, различных конструкций и марок. Из них карьерных экскаваторов типа «мехлопата» - 177, шагающих драглайнов - 56 и гидравлических экскаваторов - 40 единиц. Основным видом выемочно-погрузочного оборудования являются одноковшовые карьерные экскаваторы типа «прямая мехлопата» (далее по тексту экскаваторы-мехлопаты). Общая доля в числе экскаваторного парка ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» составляет 65%. При этом количество экскаваторов ЭКГ-8И, ЭКГ-10 и их модификаций составляет 36% от общего количества мехлопат. В ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» происходит обновление экскаваторного парка за счёт приобретения новых мехлопат с вместимостью ковша (18-56 м3) и применения гидравлических экскаваторов. 15 С начала 2013 г. на предприятиях ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» введено в эксплуатацию пять экскаваторов-мехлопат, списано четыре единицы, из них три гидравлических экскаватора. Экскаваторы-мехлопаты различных производителей нашли широкое применение на предприятиях ОАО «УК «Кузбассразрезуголь». В настоящее время на открытых горных работах компании (филиалы «Бачатский угольный разрез» и «Талдинский угольный разрез») эксплуатируются две самые большие в России машины с вместимостью ковша 56 м.куб, производства P&H Mining Equipment (Harnischfeger Corp. (США)). Этим производителем могут также поставляться машины модели P&H 4800XPC с различными ковшами грузоподъёмностью до 135 т. В ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» (филиалы «Бачатский угольный разрез», «Краснобродский угольный разрез» и «Талдинский угольный разрез») эксплуатируется пять экскаваторов модели WK-35 производства Тайюаньского завода тяжелого машиностроения (КНР), достигших высоких производственных показателей при обеспечении норм и правил безопасности. В июне 2012 г. на этом заводе изготовлен и представлен экскаватор WK-75 с ковшом вместимостью 75 м.куб. В филиале ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Краснобродский угольный разрез» эксплуатируется первый номер экскаватора ЭКГ-32Р, выпущенный ООО «ИЗ-Картэкс» им. П.Г. Коробкова». Конструкторским бюро этого российского производителя проектируются машины с вместимостью ковша до 50 м.куб. Также успешно работают экскаваторы ЭКГ-18Р, произведенные ОАО «Уралмашзавод» и ООО «ИЗ-Картэкс» им. П.Г. Коробкова», введённые в эксплуатацию в период 2012-2013 гг.

Экскаваторы-мехлопаты производства фирмы Caterpillar, в состав которой в настоящее время входит Bucyrus, на открытых горных работах Кузбасса не эксплуатируются. Опыт эксплуатации машин 395В и 495В на угольных предприятиях ОАО «СУЭК» в республике Бурятия (разрез «Тугнуйский») показал их высокую производительность и надежность. Несмотря на обновление экскаваторного парка, в эксплуатации ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» находится большое количество физически и морально изношенного оборудования. Нормативы заводов-изготовителей экскаваторов и данные «Справки о нормативных сроках службы горного оборудования» (утверждена постановлением Совета министров СССР от 22.10.1990 г. №1072) предусматривают определение износа по следующим критериям: срок эксплуатации и объём переработанной горной массы. Заводы-изготовители определяют нормативы на каждую машину, а вышеуказанная справка - исходя из вместимости ковша. Оба критерия определения износа имеют свои недостатки. Первый - не учитывает возможности длительного простоя экскаваторов на ремонте или во время консервации, или из-за других организационных причин, также не учитывает возможности его полного обновления за счет замены деталей, вышедших из строя. Второй - не учитывает фактического состояния металлоконструкций, интенсивности их износа в зависимости от вида разрабатываемой горной массы, качества подготовки пород 17 взрывом, а также замены этих металлоконструкций на новые игнорирует качество ремонта. В статистике ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» приняты оба подхода. По результатам анализа состояния экскаваторного парка установлено, что износ по сроку службы составил 92,5% и 69% по наработке. Средний срок эксплуатации экскаваторов составляет 20,3 года.