Технико-экономическая оценка целесообразности модернизации транспортной схемы рудника с переходом на альтернативные виды транспорта (на примере гор. +170 м Кукисвумчоррского месторождения)

Е.В. Громов, О.В. Белогородцев

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ ТРАНСПОРТНОЙ СХЕМЫ РУДНИКА С ПЕРЕХОДОМ НА АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТРАНСПОРТА

Представлена проблематика сохранения эффективности работы подземных транспортных комплексов при освоении месторождений с большим сроком эксплуатации. На примере отработки запасов руды бл. 7/10 гор. +170 м Кукисвумчоррского месторождения Объединенного Кировского рудника АО «Апатит» разработаны рациональные варианты модернизации схемы транспортирования руды с переходом на альтернативные виды транспорта. Для предложенных вариантов выполнено технико-экономическое сравнение с существующей транспортной схемой. Обоснована целесообразность применения инновационной транспортной системы «Rail-Veyor», представляющей комбинацию конвейерного и железнодорожного транспорта.

Ключевые слова: транспортная схема, месторождение, подземная разработка, технико-экономическое сравнение, автосамосвал, электровозный транспорт, дробильно-конвейерный комплекс, rail-veyor.

Введение

Повсеместное понижение глубины ведения горных работ, снижение качества полезных компонентов в рудах, вовлечение в отработку месторождений со сложными горногеологическими условиями залегания требуют постоянного развития и совершенствования техники и технологии горного производства, модернизация которых в свою очередь влечет за собой необходимость изменения структуры технологических

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 5. С. 206-217. © 2016. Е.В. Громов, О.В. Белогородцев.

УДК 622.271. 06.22

процессов, их адаптацию к изменяющимся внешним факторам и стандартам.

Так при отработке мощных месторождений с большим сроком эксплуатации, существующие транспортные схемы рудников зачастую постепенно теряют свою эффективность, т.к. с течением времени начинают в недостаточной мере соответствовать изменившимся требованиям в области энергоэффективности, автоматизации и безопасности производства. В подобных случаях возникает вопрос о целесообразности перехода на новые перспективные виды транспорта и модернизацию существующих транспортных систем.

На эффективность перехода на новые схемы транспортирования в условиях работающего предприятия оказывают влияние следующие основополагающие факторы:

• возможность обеспечения бесперебойной работы эксплуатируемой транспортной схемы в период строительства новой;

• максимальное использование инфраструктуры существующего транспортного комплекса рудника после ее усовершенствования;

• минимальные капитальные затраты, связанные со строительством новых транспортных выработок и приобретением необходимого оборудования.

Описание существующей транспортной схемы

гор. +170 м Кукисвумчоррского месторождения

На всех концентрационных горизонтах Объединенного Кировского рудника АО «Апатит» эксплуатируется кольцевая

Рис. 1. Концентрационный гор. +170 м при эксплуатации электровозного транспорта

схема откатки руды по однопутевым, а на главных откаточных штреках по двухпутевым выработкам с применением электровозного транспорта. Откатка горной массы производится электровозами 2К — 14 (спарка) и К — 14 в вагонетках ВГ-9А по рельсам железнодорожной узкой колеи типа Р-43 и Р-50.

После погрузки горной массы в железнодорожные вагоны из участковых рудоспусков (рис. 1), оборудованных вибропитателями типа ВДПУ-4ТМ, составы направляются к станциям разгрузки № 1, 2, оснащенными круговыми опрокидывателями типа ОКР.

В период 2015—2019 гг. в связи с реконструкцией Главного ствола № 1 весь рудный грузопоток с гор. + 170 м планируется перепускать в КПД Главного ствола № 2 [1, 2].

Разработка альтернативных вариантов

транспортирования руды

В качестве базовой (вариант № 1) рассматривается существующая схема транспортирования, представленная выше.

Разработка перспективных вариантов реконструкции транспортной схемы выполнена на примере транспортирования запасов руды бл. 7/10 гор. +170 м, отработка которого предусмотрена сразу после окончания очистных работ в бл. 10/14, разрабатываемом в настоящее время.

Предполагаемые варианты транспортных схем, в зависимости от видов, применяемого оборудования, предусматривают:

• эксплуатацию дробильно-конвейерных комплексов (ДКК) с использованием мобильных или полустационарных дробилок (вариант № 2);

• транспортирование руды седельными тягачами типа «Scania» G480CA6x4ESZ E5, оборудованными автосамосвальными полуприцепами (вариант № 3);

• применение транспортной системы «Rail-Veyor», представляющей комбинацию конвейерного и железнодорожного транспорта (вариант № 4) [2].

Вариант № 2

Согласно данного варианта транспортирования, руда, поступающая на гор. +170 м по рудоспускам, предварительно проходит стадию крупного дробления. Далее сборочными ленточными конвейерами (СЛК) она передается через рудоспуски на гор. + 150 м, оборудованный магистральными конвейерами (МЛК-1 и МЛК-2), по которым руда поступает на существующий наклонный конвейерный ствол гор. +170 м. Схема подготовки

Рис. 2. Схема транспортного гор. +170 м с использованием ДКК

бл. 7/10 гор. +170 м с использованием конвейерного транспорта представлена на рис. 2 [3, 4].

В целях оптимизации расстояния транспортирования при отработке последующих блоков, конвейер МЛК-1 проложен по криволинейной траектории с 2 поворотами в плане радиусом 1000 м. Чтобы сократить затраты на приобретение оборудования дробления и выпуска, предусматривается эксплуатация 3-х мобильных или полустационарных дробилок типа «Hazemag» SK 1310, работающих под навалом руды и не требующих устройства вибропитателей [5, 6]. Главные откаточные выработки, окольцовывающие бл. 7/10, остаются не задействованными в процессе транспортирования в период строительства, что позволяет сохранить полноценную работу электровозного транспорта.

Вариант № 3

Данная технологическая схема предусматривает использование поверхностных седельных тягачей типа «Scania» G480 CA6x4ESZ E5, оборудованных автосамосвальными полуприцепами «Новтрак» грузоподъемностью 66 тонн. Погрузка автосамосвалов осуществляется аналогично варианту № 1. Разгрузка руды происходит в бункера корпуса крупного дробления (ККД) у главного ствола № 2 (ГС-2), расположенные в камерах опрокидывателей № 1, 2. Чтобы сохранить работу электровозного транспорта в период строительства транспортной схемы, раз-

Рис. 3. Схема транспортного гор.+170м с использованием автомобильного транспорта

грузка руды будет осуществляться в камерах опрокидывателей № 1, 2 у ГС-1 (рис. 3). Применение на откатке горной массы грузовиков «Scania» позволяет сократить затраты на приобретение парка техники по сравнению со специализированными подземными автосамосвалами других зарубежных производителей [7, 8].

Вариант № 4

Транспортирование горной массы предполагается осуществлять при помощи системы «Rail-Veyor» (Канада) (рис. 4). Система состоит из ряда вагонеток на одноосном рельсовом ходу, выполненных в форме открытых желобов, шарнирно-сочленен-но соединенных между собой посредством специальной вилки,

Рис. 4. Общий вид транспортной системы «Rail-Veyor»

позволяющей двигаться криволинейно с горизонтальными радиусами от 15 до 20 м. Для передвижения поездов не требуется их оснащения двигателями, т.к. используются расположенные через определенное расстояние тяговые приводные станции, перемещающие поезда при помощи боковых шин, что позволяет экономить электроэнергию.

Управление системой осуществляется дистанционно с пульта диспетчера, расположенного, как правило, на поверхности рудника. Длина такого поезда может достигать 402 м при грузоподъемности до 170 т. Распределение веса поезда по его длине существенно снижает удельную нагрузку на транспортные пути и дает возможность использовать облегченные рельсы типа Р-18 без устройства шпал. Транспортная схема при данном варианте аналогична варианту № 3 с разгрузкой в ККД ГС-2 посредством переворота вагонеток на 180 градусов. Процессы погрузки и разгрузки могут осуществляться непрерывно [9, 10].

Достоинства и недостатки по рассматриваемым вариантам представлены в табл. 1 [11, 12].

Технико-экономическое сравнение вариантов

транспортирования

Определение капитальных затрат выполнено по статьям:

• горно-проходческие работы;

• раскоска существующих горных выработок;

• приобретение и монтаж оборудования транспортных комплексов.

Результаты расчетов сведены в табл. 2.

Расчет эксплуатационных затрат для базового (вариант № 1) и проектируемых схем транспортирования (варианты № 2—4) выполнен за период отработки запасов блока 7/10 гор. +170 м по следующим статьям расходов:

• вспомогательные материалы;

• электроэнергия;

• услуги производственного характера;

• затраты на оплату труда;

• отчисления на социальные нужды;

• амортизация основных фондов.

Сводные эксплуатационные расходы представлены на рис. 5.

Затраты на горнопроходческие работы распределены по по-тонной ставке пропорционально запасам руды, приходящимся на них.

Характеристики вариантов транспортирования руды по гор. +170 м

Вариант транспортирования Достоинства Недостатки

Вариант № 1 (существующий) - не требуется изменения транспортной схемы; - не требуется приобретение оборудования; - оборудование отечественного производства. - высокие расходы, связанные с поддержанием транспортных коммуникаций; - длительность операций погрузки и разгрузки руды; - высокий расход электроэнергии; - значительный штат рабочего персонала.

Вариант № 2 - высокая степень автоматизации ДКК; - относительно низкие эксплуатационные расходы; - возможность работы без вибропитателей; - требуются значительные изменения транспортной схемы; - высокие капитальные затраты на проведение горных выработок и приобретение оборудования; - необходимость предвари -тельного дробления руды.

Вариант № 3 - относительно невысокая стоимость приобретаемого оборудования; - использование существующих транспортных выработок; - мобильность. - значительные расходы на раскоску горных выработок; - высокие затраты на дизельное топливо; - трудности с проветриванием горных выработок; - значительный штат рабочего персонала.

Вариант № 4 - использование существующих транспортных выработок; - незначительные затраты на раскоску выработок в связи с малыми габаритами оборудования; - высокая автоматизация, простота и безопасность системы; - наиболее низкие эксплуатационные расходы; - дешевизна и быстрота монтажа дорожного пути. - высокие капитальные затраты на приобретение оборудования; - незначительный опыт эксплуатации.

Капитальные затраты по разработанным вариантам транспортирования

№ п/п Статьи затрат Варианты транспортирования

Вариант № 2 Вариант № 3 Вариант № 4

1 Проведение горных выработок, тыс. руб. 1 012 264,5 506 813,0 230 938,6

2 Раскоска существующих горных выработок, тыс. руб. 42 288,7 684 898,2 35 419,9

3 Приобретение и монтаж оборудования, тыс.руб. 489 059,4 304 120,1 436 800

Всего, тыс. руб. 1 543 612,6 1 495 831,3 703 158,5

Из графика видно, что наибольшие расходы свойственны варианту № 3 с применением автомобильного вида транспорта. Данный вариант оказывается нерентабельным еще до учета дополнительных капитальных затрат. Наименьшие операционные

Рис. 5. Распределение эксплуатационных расходов между вариантами транспортирования

Таблица 3

Основные ТЭП по рассматриваемым вариантам

Наименование показателей Единицы измерения Варианты

№ 1 № 2 № 3 № 4

Годовая добыча руды млн т 2 2 2 2

Всего за расчетный период млн т 8,8 8,8 8,8 8,8

Период отработки запасов (эксплуатации комплекса) лет 4,4 4,4 4,4 4,4

Капитальные вложения: млн руб. 0,00 1543,6 1495,8 703,2

- горно-капитальные работы млн руб. 0 1054,5 1191,7 266,4

- оборудование млн руб. 0,00 489,1 304,1 436,8

Годовые эксплуатационные затраты, всего млн руб. 143,7 128,1 208,3 120,4

в том числе амортизация млн руб. 38,53 33,8 75,3 43,6

Себестоимость дробления и транспортирования 1 т руды, всего руб. 71,87 64,1 104,1 60,2

в т. ч. амортизация основных фондов руб. 19,26 16,9 37,7 21,8

Себестоимость дробления и транспортирования 1 т руды (с учетом дополнительных затрат на погашение ГПР) руб. 71,87 141,4 137,0 67,9

Эксплуатационные расходы за расчетный период, всего млн руб. 635,1 566,1 916,5 529,5

в т. ч. амортизация млн руб. 170,2 149,1 331,5 191,9

расходы свойственны вариантам № 2 и 4 благодаря высокой степени автоматизации и энергоэффективности этих транспортных систем.

Основные технико-экономические показатели (ТЭП) по рассматриваемым вариантам представлены в табл. 3 [2].

Выводы

Результаты выполненной технико-экономической оценки целесообразности модернизации транспортной схемы гор. +170 м Объединенного Кировского рудника АО «Апатит» с переходом на альтернативные виды транспорта позволяют говорить о том,

что из всех рассматриваемых вариантов наименее привлекательным является вариант № 3, который уступает существующей схеме уже на стадии оценки эксплуатационных расходов на 45%. Основными причинами являются высокие расходы на дизельное топливо и амортизационные отчисления.

Наиболее привлекательными являются варианты № 2, 4. Экономия по эксплуатационным затратам составляет 22,4 и 33,5%, соответственно. Однако варианту № 2 свойственны высокие затраты на дополнительные горнопроходческие работы — 1,54 млрд руб. по сравнению с 0,7 млрд руб. для варианта № 4. При погашении этих затрат на количество промышленных запасов руды по потонной ставке себестоимость дробления и транспортирования по вариантам № 2, 4 составит 141,4 и 67,9 руб./т, тогда как для существующей схемы (вариант № 1) — 71,87 руб./т.

Таким образом, установлено, что при отработке рассматриваемого блока горизонта +170 м, может быть целесообразен переход на транспортную схему в соответствии с вариантом № 4, которая не потребует существенных изменений в схеме транспортных коммуникаций. Также следует отметить, что вариант № 2 с конвейерным транспортированием экономически эффективнее транспортной схемы с электровозной откаткой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проектная документация: ОАО «Апатит». Отработка запасов месторождений Кукисвумчорр и Юкспор Кировским рудником. Технологические решения. Т. 5.7.3, 5.7.6, 5.8.3. — Спб.: ООО «ГорноХимический инжиниринг», 2012. — 546 с.

2. Регламент отработки запасов горизонта +170 м Кукисвумчорр-ского месторождения Кировского рудника (опытный блок 7/10 гор. + 170 м). - Апатиты: ГоИ КНЦ РАН, 2015. - С. 21-50.

3. Технико-экономическая оценка возможности рентабельной отработки фланговой части месторождения «Суолуайв», принадлежащего ОАО «Апатит», горными работами со стороны месторождения «Олений ручей»). - Апатиты: ГоИ КНЦ РАН, 2015. - С. 185.

4. Регламент опытно-промышленной отработки запасов нижнего яруса месторождения Олений Ручей в отметках +180 - 0 м между разрезами 12-17. - Апатиты: ГоИ КНЦ РАН, 2015. - С. 130-155.

5. Технико-коммерческое предложение № А02214. Комплектная дробильная установка первой стадии в виде ударной валковой дробилки <^К 1310» от 24.04.2014 г. («Hazemag», Германия). - 15 с.

6. Лукичев С. В., Белогородцев О. В., Громов Е. В. Обоснование способов вскрытия рудных месторождений с применением различных комбинаций конвейерного транспорта // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2015. - № 3. - С. 72-82.

7. Коммерческое предложение № Q5OPRA5C2 на поставку автомобиля SCANIA G480CA6x4ESZ E5 от 24.04.2015 г. (ООО «ТрэйдТрак и Сервис», Россия). — 18 с.

8. Коммерческое предложение № Q5OPRA5C2 на поставку самосвального полуприцепа для перевозки апатита от 24.04.2015 г. (ООО «ТрэйдТрак и Сервис», Россия). — 4 с.

9. Nel B, Pretorius A. Rail-veyor. IBR underground mining conference Phakisa mine, 2013. — 51 p.

10. Rail-veyor material handling system. URL http://www.railveyor.com/ (дата обращения 07.09.2015).

11. Обоснование способов вскрытия рудных месторождений с применением различных типов конвейеров. Сборник научных трудов Кольского филиала ПетрГУ. Вып. 8 — Апатиты: КФ ПетрГУ, 2015. -С. 4-9.

12. Пертен Ю. А. Конвейеры. Справочник. — Л.: Машиностроение, 1984. — С. 137. EQU

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Громов Евгений Викторович1 — научный сотрудник, е-mail: evgromov@goikolasc.net.ru, Белогородцев Олег Владимирович1 — ведущий технолог, е-mail: O_Belogorodzev@mail.ru, 1 Горный институт КНЦ РАН.

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 5, pp. 206-217. E.V. Gromov, O.V. Belogorodtsev FEASIBILITY STUDY OF EFFICIENCY OF MODERNIZATION FROM THE TRANSPORT MINE SCHEMES TO ALTERNATIVE TRANSPORTS

The paper presents the problem of maintaining the efficiency of underground transport systems during development of long exploration deposits. For example, mining ore reserves block 7-10 +170m level of Kukisvumchorr deposits of the United Kirovsky mine of JSC «Apatite» developed by rational modernization schemes of ore transportation by switching to alternative modes of transport. For the proposed variants performed technical-and-economic comparison with the existing transportation scheme. The expediency of application of innovative transport systems «Rail-Veyor», which is a combination of conveyor and rail transport.

Key words: transport scheme, deposit, underground mining, technical-and-economic-comparison, dump truck, locomotive transport, crushing and conveying complex, rail-veyor.

AUTHORS

Gromov E.V.1, Researcher, е-mail: evgromov@goikolasc.net.ru, Belogorodtsev O.V.1, Leading Technologist, е-mail: O_Belogorodzev@mail.ru, 1 Mining Institute of Kola Scientific Centre of Russian Academy of Sciences, 184209, Apatity, Russia.

UDC 622.271. 06.22

REFERENCES

1. Proektnaya dokumentatsiya: OAO «Apatit». Otrabotka zapasov mestorozhdeniy Kukis-vumchorr i Yukspor Kirovskim rudnikom» Tekhnologicheskie resheniya. T. 5.7.3, 5.7.6, 5.8.3 (Project documentation: JSC Apatit. Development of Kukisvumchorr and Yukspor deposits by Kirov Mine. Technological solutions. Vol. 5.7.3, 5.7.6, 5.8.3), Saint-Petersburg, OOO «GornoKhimicheskiy inzhiniring», 2012, 546 p.

2. Reglament otrabotki zapasovgorizonta +170 m Kukisvumchorrskogo mestorozhdeniya Kirovskogo rudnika (opytnyy blok 7/10gor. +170 m) (Regulations for developing reserves at + 170 m horizon, the Kirovskiy mine, Kukisvumchorr deposit (testing block 7/10 horizon + 170 m)), Apatity, Gol KNTs RAN, 2015, pp. 21-50.

3. Tekhniko-ekonomicheskaya otsenka vozmozhnosti rentabel'noy otrabotki flangovoy chasti mestorozhdeniya «Suoluayv», prinadlezhashchego OAO «Apatit», gornymi rabotami so storony mestorozhdeniya «Oleniy ruchey») (Feasibility study of profitable mining of the Suoluaiv mineral deposit flank, owned by Apatit company, from the side of Oleniy Ruchei deposit)), Apatity, Gol KNTs RAN, 2015, pp. 185.

4. Reglament opytno-promyshlennoy otrabotki zapasov nizhnego yarusa mestorozhdeniya Oleniy Ruchey v otmetkakh +180—0 m mezhdu razrez,ami 12—17 (Pilot development plan for lower levels of Oleniy Ruchei deposit in the interval +180-0 m between open pit mines 12-17), Apatity, Gol KNTs RAN, 2015, pp. 130-155.

5. Tekhniko-kommercheskoe predlozhenie no A02214. Komplektnaya drobil'naya ustanovka pervoy stadii v vide udarnoy valkovoy drobilki «SK 1310» ot 24.04.2014 g. («Hazemag», Germaniya) (Commercial offer No. A02214. Packaged coarse crusher in the form of impact roll breaker SK 1310, 24.04.2014 («Hazemag», Germany)), 15 p.

6. Lukichev S. V., Belogorodtsev O. V., Gromov E. V. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotkipoleznykh iskopaemykh. 2015, no 3, pp. 72-82.

7. Kommercheskoe predlozhenie № Q5OPRA5C2 na postavku avtomobilya SCANIA G480CA6x4ESZ E5 ot 24.04.2015 g., OOO «TreydTrak i Servis», Rossiya (Commercial proposal No. Q5OPRA5C2 on delivery of the car SCANIA G480CA6x4ESZ E5, 24.04.2015, «TreydTrak i Servis», Russia), 18 p.

8. Kommercheskoe predlozhenie № Q5OPRA5C2 na postavku samosval'nogo polupritsepa dlya perevozki apatita ot 24.04.2015 g., OOO «TreydTrak i Servis», Rossiya (Commercial proposal No. Q5OPRA5C2 supply tipper semi-trailer for transportation of Apatite, 24.04.2015, «TreydTrak i Servis», Russia), 4 p.

9. Nel B., Pretorius A. Rail-veyor. IBR underground mining conference Phakisa mine, 2013. 51 p.

10. Rail-veyor material handling system, available at: http://www.railveyor.com/ (accessed 07.09.2015).

11. Obosnovanie sposobov vskrytiya rudnykh mestorozhdeniy s primeneniem razlichnykh tipov konveyerov. Sbornik nauchnykh trudov Kol'skogofiliala PetrGU. Vyp. 8 (Substantiation of methods to get access to ore bodies using different type conveyors. Collection of scientific papers, Kola Division, Petrozavodsk State University, issue 8), Apatity, KF PetrGU, 2015, pp. 4-9.

12. Perten Yu. A. Konveyery. Spravochnik (Conveyors. Guide), Leningrad, Mashino-stroenie, 1984, pp. 137.

A