Полезные ископаемые с связано с машинами
Добыча полезных ископаемых составляет важную часть экономики многих государств, включая Россию. Кроме подземной добычи ее важную часть составляет разработка открытым способом — в том случае, если залежи располагаются сравнительно неглубоко. Для этого используются современные технологии, применяется множество видов карьерной спецтехники.
Трудно сказать, когда человечество начало разработку первого в своей истории карьера. Но наверняка это произошло раньше, чем был вырыт первый рудник: добывать ископаемые, находящиеся непосредственно под поверхностью, а то и на ней, — много проще. Так или иначе, будет верным сказать, что человечество эволюционировало вместе с технологией добычи полезных минералов и строительных материалов. В ходе разработки карьера вынимаются и подвергаются сортировке миллионы тонн породы, что не может не влиять на состояние окружающей среды, как минимум — в местном масштабе. Тем не менее потребность цивилизации в полезных ископаемых, начиная с угля и заканчивая драгоценными металлами, век от века растет — а соответственно, растут и масштабы добычи.
К положительным сторонам добычи полезных ископаемых открытым способом нужно отнести такие факторы, как простота подготовительных (вскрышных и других) работ, относительная безопасность участников производственного процесса, сравнительно невысокие затраты на изыскательские работы и собственно добычу, большая производительность при извлечении породы.
Однако, помимо достоинств, у открытой разработки есть и свои недостатки. К ним относятся большое число работающей в карьере техники и оборудования, а значит, и немалые затраты на его приобретение и обслуживание. С углублением котлована растут и расходы на разработку залежей: доставка породы на обогатительный комбинат или пункт предварительной сортировки требует все больших усилий и все более длинных маршрутов для техники, следовательно, растут и затраты компании-разработчика.
Технологический цикл добычи полезных ископаемых открытым способом начинается с геологоразведки.
Необходимо не только найти залежи, но и оценить их объем, состав породы и глубину залегания на предмет целесообразности добычи. Далее проводятся предварительные работы на месте будущих разработок, которые включают в себя осушение (иногда обводнение) территории, прокладку коммуникаций (подъездные пути, электричество, связь, Интернет), выкорчевывание леса и возведение административных и вспомогательных построек. Сколько времени проходит с момента завершения геологоразведки до окончания предварительных работ, однозначно сказать нельзя: это зависит от инвестиций в будущий карьер, характера местности, климатических и погодных факторов.
Карьерный экскаватор
При добыче полезных ископаемых открытым способом — будь то залежи угля, марганца, руд, содержащих металлы, — широко используют карьерные экскаваторы — машины циклического действия, малосвязные или черпающие разрушенные породы и перемещающие их последовательно, прерывая копание на время перемещения породы. Вскрытие месторождений, выемка минералов и их последующая погрузка в транспортные средства — основные функции этих машин. Наряду с гигантскими многоковшовыми шагающими экскаваторами, роторными и канатными электрическими машинами наибольшее распространение при разработках открытым способом получили гидравлические карьерные экскаваторы на гусеничном ходу. Характерный образец машин этого типа — Liebherr R9250. Оснащенный ковшом объемом 15 кубометров, он отлично подходит для работы с самосвалами 100-тонного класса. В зависимости от условий работы модель оснащается дизельной либо электрической силовой установкой мощностью 287 л.с.. Скорость вращения поворотного мотора — 8 оборотов в минуту. Машина может оснащаться как прямой, так и обратной лопатой и способна работать даже при экстремально низких температурах: до минус 40—50 градусов Цельсия. У модели R9250, как и у других машин семейства экскаваторов Liebherr, низкий центр тяжести и большая глубина копания: 8,7 метра. Полная масса машины — 253,5 тонны.
Собственно разработка карьера начинается со вскрышных работ.
Необходимо удалить поверхностный, пустой слой породы, под которой находятся залежи полезных ископаемых. Для этого слоями удаляется грунт, в результате чего по периметру будущего карьера образуется каскад уступов. Если раньше для этих целей широко применялись буровзрывные работы, то сегодня для вскрышных работ чаще используется специальная техника, прежде всего — экскаваторы и погрузчики, а для вывоза пустой породы — карьерные самосвалы. Чем тоньше поверхностный слой — тем более эффективны горные работы: эффективность разработки открытым способом определяется соотношением перемещенной пустой породы к результату добычи. Количество кубических метров снятого грунта делится на тоннаж изъятого ископаемого.
Карьерный погрузчик
Обладающие куда более внушительными размерами, чем их строительные собратья, эти землеройно-транспортные машины на колесном или гусеничном ходу имеют в качестве главного рабочего органа ковш вместимостью до 10 кубометров и более, шарнирно закрепленный на конце стрелы и разгружающийся вперед. К функциям карьерных погрузчиков относятся рыхлительные и бульдозерные работы, резка и транспортировка породы, а также ее загрузка в кузов самосвала.
Современные машины этого типа имеют эксплуатационную массу до 62 тонн. Кроме фронтального ковша в качестве сменного оборудования для карьерных погрузчиков используются бульдозерный нож, рыхлитель, грузоподъемная платформа и другие агрегаты.
Яркий представитель семейства карьерных погрузчиков — модель именитого японского производителя спецтехники Komatsu WA600-8. Этот карьерный погрузчик имеет эксплуатационную массу 55 тонн и оснащен ковшом объема 7,03 кубометра. Оригинальный силовой агрегат погрузчика SAS6D170E-7 мощностью 529 лошадиных сил соответствует стандартам экологичности Tier 4 Final. По словам компании-разработчика, модель имеет целый ряд улучшений сравнительно с техникой Komatsu предыдущих поколений — в частности, у WA600-8 существенно улучшена обзорность кабины, а кресло оператора снабжено функцией подогрева.
Та же самая техника используется для непосредственной добычи полезных ископаемых.
В настоящее время из соображений экономической целесообразности многие процессы автоматизируются — например, все более широкое распространение получают беспилотные самосвалы, не требующие наличия водителя и часто вообще не имеющие кабины; встречаются и объекты, где управление процессом добычи осуществляется полностью дистанционно («умный карьер»). При более высоких первоначальных затратах такой подход гарантирует значительную экономию на оплате труда персонала, а кроме того, обеспечивает безопасность жизни и здоровья сотрудников добывающего предприятия. Тем не менее даже работа в технически оснащенном карьере по-прежнему считается довольно тяжелой, а порой и экстремальной для человеческого организма и поэтому требует высокой физической и психологической стабильности. В то же время вред от работы в карьере для человеческого организма намного меньше, чем в шахте, а уровень травматизма — существенно ниже.
Полезные ископаемые, добываемые в карьере, подвергаются дроблению и сортировке на месте либо транспортируются самосвалами в перевалочные пункты и далее — на обогатительные комбинаты. Вывоз породы из карьера осуществляется карьерными самосвалами; наиболее вместительные образцы этой техники способны транспортировать около пятисот тонн груза — однако по дорогам общего пользования эта техника в силу своих габаритов передвигаться не может, поэтому к месту работ ее обычно доставляют в разобранном виде, по железной дороге, автотрассе или морским транспортом.
Карьерный комбайн
На смену буро-взрывным методам при разработке полезных ископаемых открытым способом все чаще приходят карьерные комбайны, позволяющие не только добывать материал, но и погружать его напрямую в грузовики либо укладывать в отвалы. Если самосвал занят другой работой, срезанная комбайном порода подается по конвейеру и отсыпается в отвал. Именно так работают комбайны компании Wirtgen. В зависимости от угла поворота их конвейера материал может складироваться в один отвал с 3—5 заходов срезания породы. В дальнейшем материал загружается в кузов самосвала с помощью карьерного погрузчика. В зависимости от высоты полученного отвала при помощи фронтального погрузчика возможно выполнять погрузку материала.
Наиболее производительные карьерные комбайны Wirtgen для разработки мягких и крепких горных пород 4200SM рассчитаны на глубину фрезерования до 830 и 650 миллиметров при ширине фрезерования 4,2 метра. Кроме своей основной задачи — добычи угля, известняка, боксита, железной руды, фосфатов, горючего сланца, кимберлита, соли — эти карьерные комбайны способны эффективно работать в строительстве, включая дорожное. В частности, этим машинам по силам выполнение таких функций, как прокладка трассы для строительства дорог и сооружения рельсового пути, точное фрезерование траншей, плоскостей и откосов, фрезерование каналов, формирование подошвы тоннеля и восстановление дорог.
Открытым способом добывают множество ценных ископаемых: уголь, янтарь, мрамор, алмазы — список можно продолжать очень долго. А разработка карьера может продолжаться от нескольких лет до многих десятилетий. Например, разработка карьера Бингем-Каньон в США, штат Юта, глубина котлована которого в настоящее время составляет 1200 метров, продолжается с 1863 года.
На особенности добычи влияет множество факторов; горняки говорят, что двух идентичных карьеров в принципе не существует. Тем не менее большинство этих сооружений имеет ряд общих элементов; среди них — рабочий и нерабочий борт; дно или подошва — нижняя площадка уступа; нижний и верхний контуры; вскрышные и очистные уступы; площадки (ниже откоса, выше откоса); пункт приема породы; транспортные коммуникации. Периметр подошвы карьера определяется удобством добычи породы и ее погрузки в карьерные самосвалы.
Карьерный самосвал
Карьерные самосвалы — разновидность внедорожных машин этого типа, используемых при разработке месторождений открытым способом. Из-за внушительных размеров их эксплуатация на дорогах общего пользования невозможна — и к месту работ их доставляют в разобранном виде. Наиболее целесообразной для тяжелых самосвалов признана схема с двумя осями, с разгрузкой назад, с задним или полным приводом Отдельный подкласс карьерных самосвалов составляют машины шарнирно-сочлененной конструкции, для которых используется трехосная схема. Например, такие, как выпускает южноафриканская компания Bell — каждый пятый шарнирно-сочлененный самосвал в мире сходит с ее конвейера. Главная особенность этой техники — наименьшая масса во всех классах грузоподъемности, что достигается благодаря применению высокопрочного сварного шасси из легированной стали и долговечных, оптимизированных для уменьшения веса, компонентов. Среди других особенностей — мощные двигатели Mercedes Benz и трансмиссии со встроенным замедлителем ZF и Allison. Одна из популярных моделей — BELL B50D с колесной формулой 6×6 при собственной массе 34,5 тонны способна перевозить 45,4 тонны груза. Она оснащена дизельным двигателем мощностью 523 л.с. и 640-литровым топливным баком. Из систем безопасности самосвала нужно отметить автоматический горный тормоз, функцию быстрой заливки топлива с сухим затвором и мониторинг давления в шинах и защиту кабины от опрокидывания и падающих предметов.
Как уже было сказано выше, добыча полезных ископаемых не проходит даром для экологии.
Устройство карьера разрушает ландшафт, складывавшийся веками, а порой и тысячелетиями. Выкорчевываются многие гектары лесов, осушаются озера, производятся взрывные работы, изменяется уровень грунтовых вод. Тысячи кубометров почвы, которые могли бы быть использованы в сельскохозяйственных целях, в ходе вскрышных работ превращаются в отвалы. В зависимости от химического состава грунта отвалы могут содержать элементы, опасные не только для растительного и животного мира, но и для здоровья людей, живущих в близлежащих населенных пунктах. Их жители также страдают от высокого уровня шума, загрязнения сточных вод и выбросов угарного газа от двигателей спецтехники и оборудования.
Несмотря на то, что добыча полезных ископаемых открытым способом наносит ощутимый вред окружающей среде, вредные последствия от нее можно минимизировать. Для этого выработанные карьеры часто заполняют водой, создавая искусственные водоемы, а на прилегающих территориях проводят рекультивацию, засаживая их деревьями и кустарниками. Что касается отвальных пород, из них нередко получают минеральные удобрения, глинозем, а также некоторые виды строительных материалов. Все эти меры позволяют не только частично компенсировать ущерб, нанесенный природе открытыми разработками, но зачастую и получить экономическую выгоду. В мире год от года растет число предприятий, специализирующихся, занятых окультуриванием территории выработанных карьеров и переработкой отходов добычи.
Дробильное оборудование
Нередко первичная переработка полезных ископаемых выполняется непосредственно на месте добычи. Для этого используется различное дробильно-сортировочное оборудование. Например, для обработки известняка и других материалов с невысокой абразивностью хорошо подходят роторные дробилки с горизонтальным валом Telsmith первичного и вторичного дробления. Они сконструированы с большим запасом прочности и имеют цельный массивный ротор, что является их основным преимуществом сравнительно с представленными на рынке аналогами, а также большую камеру дробления, которая обеспечивает высокую производительность и кубовидную форму материала на выходе. Наиболее производительная из дробилок для первичного дробления — Telsmith 6071 с приводом мощностью 800—1500 л.с., которая имеет производительность 1000—2100 тонн в час. Дробилка эксплуатационной массой 89 тонн рассчитана на максимальный размер входящего куска 1422 мм. Из дробилок для вторичного дробления наиболее производительная — Telsmith 5263 с приводом мощностью 300 л.с,; ее производительность достигает 320 тонн в час. Эта модель рассчитана на максимальный размер входящего куска 406 мм; вес дробилки — 22 тонны.
Источник: https://proteh.org/
Транспортная цепочка «рудник — обогатительная фабрика — потребитель» — один из наиболее энергоёмких процессов горного дела, и чем более он автоматизированный, тем более дорогостоящий.
Некоторым предприятиям он обходится в половину себестоимости сырья.
Однако зачастую полноценный и комплексный анализ оптимальной системы транспортировки не проводится, а выбор определяется, главным образом, ценой, что не только бьёт по производительности, но и ставит под сомнение рентабельность добычи.
Эффективность той или иной транспортной системы зависит от суммы дисконтированных затрат за период эксплуатации — капитальных и операционных, а также от специфики условий конкретного месторождения.
Поэтому выделить один универсальный вариант для всех способов добычи довольно сложно.
Однако специалисты отмечают общую тенденцию к применению технологии поточного транспорта, автоматизации процесса и стремлению свести к минимуму использование автотранспорта.
Затраты на транспортировку растут по мере увеличения глубины горных работ и их удаления от выработок, имеющих выход на поверхность.
Рост объёма работы на карьерах требует совершенствования технологии горнотранспортных разработок, в частности, от циклических видов транспорта к машинам непрерывного действия — при открытых разработках это снижает расходы на доставку на 25-35% и повышает производительность труда в 1,5-2 раза.
Определяющие факторы
Как правило, цена приобретения — не главный критерий в выборе транспортной системы. Пусть она обойдётся предприятию дороже, но обеспечит бесперебойную работу.
Стоит учитывать полную стоимость владения за весь жизненный цикл техники, а также к каким простоям и убыткам ведёт поломка дешёвого оборудования.
Всё зависит от бюджета.
Если объёмы месторождения, скажем, на 5 лет, на его освоение не требуется транспортная техника, рассчитанная на срок службы в несколько десятков лет, — она попросту не окупится. Однако не исключено, что отдельно взятый фактор может стать критичным и определяющим в принятии окончательного решения.
Железные дороги
Например, главным препятствием для строительства технологичной железной дороги для карьера или рудника является сильный перепад высот в гористой местности. Тем не менее, железная дорога — один из самых распространённых вариантов транспортировки сырья в России. Применение большегрузных составов обеспечивает наименьший расход рабочей силы на 1 м3 перевозимых материалов, а также наиболее низкий относительный расход энергии при электрической тяге.
При больших объёмах производства это практически единственная система, приспособленная к перевозке грузов и оборудования на дальние расстояния свыше 100 километров.
К слову
На месторождении Лос-Пихигуаос в Венесуэле добывают бокситы. Мощность рудника — 6 млн тонн в год, текущая добыча — около 5 млн тонн, на экспорт уходит около
150-200 тыс. тонн в год.
Добытая на плато руда дробится и с высоты 600 метров по конвеерной ленте длиной 7,5 км опускается к подножью горы. Далее руда по железной дороге (52 км) транспортируется к речному порту Пуэрто Гумилла на реке Ориноко.
Речными баржами боксит доставляется на 650 км вниз по течению к глиноземному заводу «Интералюмина» в город Сьюдад-Боливар.
Конвейеры
В случае, когда главной задачей является транспортировка по сильно пересечённой местности, применяются современные конвейерные системы. Их производительность зависит от мощности приводных станций, иными словами — от ширины конвейерной ленты и скорости движения.
К примеру, конвейер угольной компании «Калтим-Прима» (Индонезия) со скоростью 8,48 м/с обеспечивает 4500 т/ч.
«В условиях африканского климата на ГРО «Катока» применение ленточного конвейера в качестве транспортёра рудного и вскрышного материалов показало неплохие результаты.
Рудный транспортировочный комплекс из четырёх ленточных конвейеров длиной до 3 000 м с четырьмя перегрузками до бункеров обогатительной фабрики, считая разгрузку роторно-шнековой дробилки. Из них самый мощный — 1 500 м, с двумя приводными станциями.
Производительность всего комплекса до 1200-1500 т/ч.
Комплекс-транспортёр вскрышного материала длиной 4 000 м с шестью перегрузками до станции разгрузки. Производительность до 1500-2500 т/час», — рассказал генеральный директор ООО «РОССМАШХОЛДИНГ» Антон Придворов.
«Достаточно серьёзные сложности при выборе оптимального вида транспорта обусловлены существенным скептицизмом в отношении малораспространённых в горной отрасли России видов транспорта.
В частности, достаточно часто приходится сталкиваться с предвзятым отношением к конвейерным системам транспортировки, особенно наземного расположения.
Доводы об объективных экономических преимуществах этого вида транспорта перекрываются сомнением в эффективности его работы в зимних условиях России.
И здесь важно учитывать опыт предприятий смежных отраслей горнодобывающей промышленности. Например, сложные конвейерные шахтные и наземные системы имеют гораздо большее распространение на угледобывающих предприятиях, чем на рудных», — отмечает к.т.н, горный инженер IEEC Андрей Твердов.
Представители отрасли говорят, что в России она консервативна — у нас традиционно привыкли работать с автотранспортом — как правило, из-за климатических условий.
«В условиях низких температур работа ленточных конвейеров без закрытых галерей будет крайне затруднительна.
Это влечёт за собой определённые расходы на капитальное строительство.
Во всём мире стараются перейти на конвейерный транспорт, потому как при первоначальных капиталовложениях, при должном подходе впоследствии получается прямая экономия.
Развивая и внедряя АСУ, такие, как блокировки, защита, на конвейерных системах можно добиться многократного увеличения производительности при минимальных материальных и людских затратах», — прокомментировал Антон Придворов.
Канатные дороги
В качестве альтернативы конвейерным системам при сложном рельефе местности используют подвесные канатные дороги — ГПКД.
Например, передовая разработка от Doppelmayr — гибрид традиционной канатной дороги и ленточного конвейера.
«Конвейерно-канатная система имеет ряд преимуществ перед классикой наземной — особенно в определённых условиях.
Таким образом, минимизируется экологическое влияние: мы ставим опору, которая занимает совсем мало места и не мешает растительному и животному миру внизу.
Большими безопорными канатными пролётами до 1 км проходим по кратчайшему расстоянию из точки А в точку Б. Система бесшумная, её можно устанавливать даже в жилых районах.
К тому же, когда транспортировка идёт по верху, материал не заносит снегом, или, как это бывает в пустынных регионах, песком.
У нас уже много реализованных проектов, и мы можем гарантировать работоспособность системы 24 часа в сутки. А уровень безопасности здесь такой же, как при работе с людьми», — объясняет инженер отдела продаж Doppelmayr Хольгер Кромер.
Как уверяют создатели, установка работает в любых погодных условиях, например, при скорости ветра до 130 км/ч и может преодолевать уклоны в более чем 60°.
«Мы можем транспортировать грузы от 40 тонн на любые высоты и расстояния, а также можем вез-ти руду на расстояния до 30 км до 25 000 т/час — производительности могут быть сумасшедшие» — констатировал г-н Кромер.
В среднем расходы транспортировку канатно-ленточным конвейером составляют 1/100 от затрат на перевозку грузовым автотранспортом, не теряя в производительности.
«Специальная компания провела бизнес-расчёты стоимости транспортировки на расстояние 40 км для компании «СОДА» в городе Стерлитамак.
Там требовалось строительство двух мостов и закупка автомобильного транспорта, либо строительство нашей системы. Мы начинали выигрывать после 5 лет эксплуатации.
Система не из дешёвых, но эксплуатационные расходы очень низкие, и надёжность очень высокая. В отличие от эксплуатационных расходов на содержание парка техники и зарплату сотрудникам.
Если нет возможности больших инвестиций, то выбирают транспорт. Если же заглядывать далеко, на 15-20 лет вперёд, то имеет смысл приобретать систему транспортировки конвейерного типа», — отметил Хольгер Кромер.
Автотранспорт
Главный его минус — самые высокие операционные затраты на топливо, цены на которое, кстати, неуклонно растут, а также запчасти, ремонт и дорожные работы, плюс к тому — многочисленный персонал, чтобы обслуживать парк.
Это оптимальный вариант для небольших месторождений с маленьким сроком отработки, либо для доставки грузов на небольшие расстояния и в ограниченном количестве, так как требует минимальных первоначальных вложений. Основной показатель этого вида транспорта — грузоподъёмность.
«Очень важное значение имеют состояние дорожного покрытия и уклоны.
При разработке транспортного решения мы, прежде всего, обращаем внимание на плечо перевозки, рельеф и планируемые объёмы.
Мы с лёгкостью заменяем традиционные карьерные самосвалы грузоподъёмностью 30-55 т на коротком и среднем плече и предлагаем широкий спектр решений для транспортировки сырья на большие дистанции.
В частности, мы реализуем проект с АК «АЛРОСА» по перевозке руды с удалённых месторождений на обогатительную фабрику, плечо перевозки при этом достигает 160 км.
В данном случае мы используем тяжёлый самосвал с боковой разгрузкой, работающий в связке с 4-осным прицепом.
Грузоподъёмность данного автопоезда составляет 94 тонны», — рассказал начальник отдела карьерной техники ООО «Скания-Русь» Константин Кравченко.
Главными конкурентами традиционного автотранспорта выступают гусеничные автосамосвалы и дизель-троллейвозы, использование последних позволяет сократить расходы на топливо.
Эти варианты крайне эффективны в усложняющихся условиях отработки глубоких карьеров, когда вывоз грузов с нижних горизонтов осложнён очень высокими уклонами, однако пока недостаточно распространены.
Преемственность?
Специалисты, проработавшие на добывающих предприятиях не один десяток лет, отмечают, что технология транспортных систем нестареющая, а что касается инноваций, то в большинстве случаев совершенствуются отдельные элементы техники.
«В комплексе конвейерные системы никогда не устаревают. Принцип работы остаётся тот же, будь то скребковый, трубчатый или ленточный конвейер.
Но они модернизируются с появлением новых материалов и технологий в обработке металла: добавляется штамповка, оцинковка элементов, которые подвергаются эрозии, вместо стального ролика изготавливают пластмассовый, вместо цилиндрического редуктора Ц2у ставят компактный мотор-редуктор, вместо тормозных шкивов устанавливают специальные тормозные муфты от обратного хода», — рассказал технический директор до 2013 года ООО «Полевской машиностроительный завод» Владислав Ольховиков.
А ещё эксперты отмечают, что в некоторых случаях иностранная техника, бывшая в употреблении, например, ПДМ, эффективнее новой отечественной.
Во-первых, зарубежные производители дают на свои транспортировочные установки гарантию до 50 лет, а во-вторых, в сложнейших условиях добычи первостепенны надёжность и эксплуатационные характеристики, такие как грузоподъёмность и хорошие ходовые качества, и в этом плане импортный изготовитель себя зарекомендовал.
«В сопоставимых измерениях это действительно так: эффективнее и экономически более оправдано. Если, к примеру, вы возьмёте ПДМ с пробегом два года, то конечно, при должном уровне эксплуатации и сервисном обслуживании за эти два года при проведении предпродажной подготовки, она, конечно, себя лучше зарекомендует, чем отечественная новая.
Если же ПДМ с десятилетним пробегом, то даже при хорошем уходе она будет уступать новой отечественной машине, так как ее ресурс не такой уж и большой — около 7 лет», — прокомментировал маркетолог ООО «ГХХ Фарцойге» Михаил Малев.
Текст: Надежда Гесс