В этих районах находится значительная часть горнодобывающих предприятий с открытым способом добычи, на которых используют различное горнотранспортное оборудование (механические и гидравлические лопаты, драглайны, многоковшовые экскаваторы). Оборудование работает в сложных горно-геологических и климатических условиях, определяющих их производительность, надежность и затраты на эксплуатацию.
Экскавация даже весьма крепких пород без предварительной взрывной подготовки становится возможной лишь благодаря высоким энергосиловым показателям гидравлических экскаваторов. При этом режиме работы тектоническая структура массива не нарушается, что позволяет увеличивать углы откоса уступа и снижать текущий коэффициент вскрыши. Кроме того, отсутствие взрывных работ при подготовке массива к экскавации позволяет производить горные работы в непосредственной близости от комплекса промышленных сооружений по переработке добываемого сырья, сокращая технологические расстояния его доставки из забоя и уменьшая площадь земель, отчуждаемых под горнодобычные работы.
Специалисты Института горного дела Сибирского отделения РАН и других научно-исследовательских организаций подсчитали, что объем горных работ в породах средней крепости с использованием безвзрывных технологий при разработке угольных и рудных месторождений Урала и Сибири может составить порядка 800–900 млн м3 в год, или 35–40% общего объема извлекаемых горных пород. Более половины этого объема составляют породы угольных разрезов Кузбасса, Канско-Ачинского бассейна и Якутии.
В Кемеровской области на Черниговском разрезе карьерные гидравлические экскаваторы эксплуатируются на протяжении почти 20 лет. Там, в частности, была достигнута высокая степень технической готовности экскаватора Komatsu PC4000E с ковшом вместимостью 25 м3, который на погрузке вскрыши в автотранспорт достигал производительности 700 т м3/мес.
Среднемесячная производительность экскаваторов Komatsu РС-3000Е на разрезах Кузбасса при погрузке взорванных вскрышных пород в 130-тонные карьерные самосвалы у обратных лопат составила 514 т м3/мес, а у прямых – 565 т м3/мес. На угольном разрезе «Восточно-Бейский» компании АО «СУЭК-Кузбасс» в январе 2015 г. на двух экскаваторах достигнута производительность 752 и 844 т м3, что является безусловным мировым рекордом в этом классе машин.
На железорудном карьере в АО «Карельский окатыш» эксплуатируются два экскаватора Komatsu РС-5500Е, показавших производительность (533 т м3/мес) и коэффициент готовности (0,84–0,98) не ниже достигнутых на карьерах Чили. На разрезе «Красногорский» в Кузбассе был запущен в работу 12-кубовый карьерный экскаватор Komatsu PС-2000. Машина оборудована дизелем с турбонаддувом и прямым впрыском топлива.
Мощность двигателя составляет 718 кВт. Экскаватор РС 2000-8 относится к классу 200-тонных машин. Ковш новой техники был усилен для работ со скальными и абразивными породами. Немного ранее аналогичную модель ввела в строй «Сибирская угольная компания» на разрезе «Тугнуйский».
Значительное место на рынке гидравлических экскаваторов занимает компания Komatsu Germany Mining Division. Штаб-квартира Komatsu Germany Mining находится в Дюссельдорфе, где расположены главный инженерный кампус и производственные мощности. На сегодняшний день компания производит 5 типов гидравлических экскаваторов грузоподъемностью от 250 до 763 тонн и объемом ковша до 42 м3 с фронтальной или обратной лопатой.
На горных предприятиях России и СНГ работает более 60 мощных карьерных гидравлических экскаваторов Komatsu с ковшами вместимостью от 15 до 42 м3. Из них около 30 машин работают на угольных предприятиях, в том числе Кузбасса: 10 экскаваторов PC-5500, 2 экскаватора PC-4000 и 5 экскаваторов PC-3000. В Якутии гидравлические экскаваторы Komatsu работают более 14 лет.
ПАО «АК «АЛРОСА» с 1999 года эксплуатирует экскаваторы Н-135S с ковшом 10 м3 и два H-285S с ковшом 19 м3. На разрезы АО ХК «Якутуголь» компанией Komatsu Germany Mining поставлены восемь мощных гидравлических экскаваторов РС-8000, в том числе четыре с электроприводами главных насосов, три из которых типа PC-8000E оборудованы ковшами вместимостью до 42 м3. На вскрышных работах АО ХК «Якутуголь» с 2002 года работают четыре экскаватора РС-5500 и три самые мощные модели РС-8000, на добычных работах экскаватор РС-3000 – обратная лопата с удлиненным рабочим оборудованием.
Выполненные исследования в промышленных условиях разреза «Нерюнгринский» позволили определить рациональные условия эксплуатации машин, режим и регламент сервисного обслуживания приводов карьерных гидравлических экскаваторов. Анализ полученных зависимостей показал, что современные гидравлические экскаваторы имеют значения фактических усилий копания в 2–2,5 раза больше по сравнению с механическими лопатами и более приспособлены к безвзрывной выемке крепких, в том числе полускальных пород.
В процессе испытаний экскаватора РС-5500 были установлены граничные значения угла откоса забоев в зависимости от температуры окружающей среды. При положительной температуре его значение равно 46°; в межсезонный период – 60°; в условиях экстремально низких температур – 72°. Установлены зависимости усилия напора и отрыва от высоты копания при различных радиусах копания для условий разработки забоев в наиболее тяжелых зимних условиях при углах откоса забоя в среднем 72°. Экскаватор имеет мощность двигателей 2 × 900 кВт и эксплуатационную массу до 546 т, с напорным усилием на уровне грунта 1 850 кН. Ширина режущей кромки ковша 4 380 мм, емкость ковша 28 м3.
Следует отметить, что условия экскавации в забоях с кимберлитовыми породами (в ПАО АК «АЛРОСА») существенно отличаются от вскрышных забоев на разрезе «Нерюнгринский».
На основе 10-летней эксплуатации в АК «АЛРОСА» (ПАО) были апробированы значения параметров и определены возможности мощных гидравлических экскаваторов (Н-285S) с ковшом 19 м3. Экспериментально установлено, что при послойной выемке сверху вниз высота забоя может составить до 25 метров при паспортной высоте копания 16 метров. Определен средний размер куска (не более 300 мм) горной массы для ковша 19 м3, с допустимым негабаритом в забое до 2 500 мм.
На Удачнинский ГОК экскаватор H-135S с рабочей массой 140 т был поставлен в сентябре 1999 г. При температуре окружающей среды до –36 °С не было выявлено существенных замечаний. Дальнейшее снижение в первую зиму температуры до –54 °С обусловило значительное количество отказов, связанных с работой техники в непредусмотренных температурных режимах.
Высокие производственные показатели работы дизельных экскаваторов РС-3000 были также достигнуты и на месторождении кимберлитовых руд им. Гриба – Верхотинский ГОК в Архангельском регионе, где РС-3000 с рабочим оборудованием «прямая и обратная лопата» и ковшом 15 м3 отгружали в 130-тонные самосвалы вскрышные породы без взрывного рыхления в объемах 400–500 т м3/мес.
Опыт применения гидравлических экскаваторов фирмы LIEBHERR на карьерах показывает, что прочность на одноосное сжатие пород, разрабатываемых без предварительного рыхления взрывом, может достигать 120–150 МПа. Однако необходимо учитывать, что усилия копания для таких пород должны быть весьма высокими, поэтому производительность экскаватора по погрузке имеет второстепенное значение. Следовательно, машины для безвзрывной выемки пород по типоразмеру всегда больше, чем требуется для обеспечения заданной производительности по погрузке горной массы.
Оптимизированная специалистами фирмы Liebherr конструкция ковша для модели R-992 Litronic позволила реализовать усилие копания 360 кН/м режущей кромки (ширина 2 500 мм), что на 22% больше, чем у стандартного ковша. Вместимость ковша составила 6,4 м3 (при стандартном 9,6 м3). Производительность R-992 при безвзрывной выемке известняков из массива с мощностью пропластка до 0,5 м составила более 400 т/ч, или около 180 м3/ч.
Для экскаватора R-994 той же модели разработан специальный ковш 8 м3 для выемки пород из крупноблочного массива (размер блока до 0,7 м). При общем усилии копания 1 100 кН удельное усилие на режущую кромку ковша составило 350 кН/м. Экскаватор добывал известняк с прочностью на сжатие 60–100 МПа. Производительность при безвзрывной выемке породы и погрузке в автосамосвалы составила 500–650 т/ч, или 220–280 м3/ч.
На известняковом карьере Жигулевского КСМ – Яблоновском месторождении были проведены испытания по внедрению безвзрывной технологии с использованием двух гидравлических экскаваторов RH-90 Terex O&K «прямая лопата». Экскаваторы были оборудованы стандартными скальными ковшами вместимостью 8 м3. Планировалась отработка пласта известняков крепости 7…8, плотностью 2,3 т/м3. В настоящий момент отработка известняка проводится при взрывном «встряхивании» массива с расходом взрывчатки 120 г/м3. Отработка вторым экскаватором скальной вскрыши крепостью 4…5 также проводится с предварительным взрывным встряхиванием.
В описанных случаях эффективная работа экскаваторов достигалась только при наличии ослабленного слоя от ранее проведенных буровзрывных работ или при благоприятствующей системе трещиноватости. Затем машины начинают работать в режиме перегрузки и эффективность технологии резко снижается.
Испытания также показали, что внедрение безвзрывной технологии с применением экскаваторов рабочей массой менее 300 т неэффективно. Обе модели экскаваторов RH-90 и EX1900 являются слишком легкими для такого вида работ.
текст: А. М. Бураков, С. В. Панишев, Е. Л. Алькова, Д. В. Хосоев., фото: rare-gallery.com