Геотехника рудных шахт Урала и технология ее применения

© О.В. Славиковский,

И.В. Дементьев, В.А. Осинцев, 2003

УДК 622.272.8

О.В. Славиковский, И.В. Дементьев, В.А. Осинцев

ГЕОТЕХНИКА РУДНЫХ ШАХТ

УРАЛА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ

О

дной из особенностей большинства горнорудных предприятий Урала является переход с открытых работ на подземные.

Вторая важная особенность, характерная в целом Уральскому региону - очень мощный металлургический комплекс, который испытывает острый дефицит в металлургическом сырье. Это касается как металлургических предприятий черной так и цветной металлургии. Данное положение усугубляется ростом тарифов на перевозку сырья из других регионов и как следствие необходимость расширения местной сырьевой базы.

Развитие местной сырьевой базы предопределяет необходимость включать в разработку месторождения бедных руд, что связано с необходимостью существенного повышения в целом эффективности их отработки, чтобы предприятия остались на плаву. Так нигде в мире не ведут отработку месторождений железных руд с содержанием железа 30-35% с глубины 400-600 м подземным способом. На Урале ВГОК (шахты Магнетитовая, Естюнинская), шахта Южная (Гороблагодатского РУ) добывает руду такого содержания.

В тоже время анализ современного состояния подземной геотехнологии на Урале показал, что наметился целый ряд негативных явлений, существенно снижающих эффективность отработки месторождений.

В первую очередь это рост глубины горных работ (на рудниках СУБРа она превышает сегодня 1 км).

Постоянное снижение содержания металла в рудной массе с глубиной, диктует необходимость увеличения объемов добычи, что приводит к повышению ресурсопотребления.

Ухудшения экологической безопасности горного производства. Одним из основных путей повышения эффективности отработки месторождений является техническое перевооружения предприятия.

Общеизвестно, что новая более эффективная технология добычи переопределяет необходимость применения новых технических средств, а в свою очередь создание новых средств механизации горных работ дает возможность создания новых технологий отработки месторождений. Однако с распадом СССР практически ликвидирована отечественная машиностроительная база для условий рудных шахт.

В настоящее время только на отдельных предприятиях отечественного машиностроения можно приобрести только отдельные виды оборудования. Это Александровский завод -шахтные электровозы, Пермский машиностроительный завод - шахтные вагоны, Дарасунский завод - буровые установки и еще отдельные предприятия выпускают небольшими партиями отдельные виды оборудования -буровой станок типа ВЕЕР (прототип станка НКР - 100 в «российском исполнении» и др.). Требуемые комплексы оборудования, необходимые для условий рудных шахт практически не выпускаются.

В тоже время в мировой горнорудной практике при отработке рудных месторождений подземным способом очень четко прослеживается тенденция ориентации на широкое применение самоходного горного оборудования, практически независимо от горно-геологических условий отрабатываемых месторождений.

И в отечественной практике на большинстве рудных шахт прослеживается такая же тенденция.

Так аппатитовые рудники, шахты Запорожского железорудного комбината (Украина), ориентированные на

широкое применение поточных технологических схем перемещения руды на основе применения вибровыпуска руды из блока, канатноленточных конвейеров на транспорте и др., в настоящее время переходят на технологии добычи на основе применения самоходного горного оборудования.

На магистральном транспорте широко применяются вагоны с меж-кузовным перекрытием, позволяющие вести непрерывную погрузку состава, существенно снизить налипае-мость руды в вагонетках. Особенно широко данный тип локомотивососта-ва применяется на концентрационных горизонтах. При этом производительность локомотивосостава достигает 2000-2500 т/смену.

Поскольку отечественным машиностроением требуемые комплексы самоходной горной техники, вагонеток с донной разгрузкой не выпускаются хотим мы этого или не хотим приходится ориентироваться на приобретение импортного оборудования.

В настоящее время на рудных шахтах Урала сложилась следующая картина.

Железорудные шахты Урала со-риентированнные на применение циклично-поточных технологий на основе применения оборудования непрерывного действия (различного типа питателей на выпуске руды из блока, вагонов с междкузовным перекрытием, обеспечивающих непрерывность погрузочно-разгрузочных операций ), в связи с отсутствием требуемых комплексов машин отечественного производства с одной стороны, и невозможностью приобретения импортной самоходной техники в связи с ее дороговизной, - с другой, практически перешли к технологиям добычи 60 - 70-х годов на основе применения скреперной доставки руды в блоке, на бурении взрывных скважин-станка НКР 100 и электровозной откатки в глухих вагонетках грузоподъемностью 10-25 т на подземном транспорте. Это рудники ВГОКа (шахты Магнетитовая, Эксплуатационная, Естюнинская), шахта Южная (Гороблагодатского РУ), шахта Сиде-ритовая (Бакальское РУ), шахта Се-веропесчанская (Богословское РУ).

Производительность бурового оборудования (станок НКР - 100) до 15 -18 т/смену, скреперной установки

250-300 т\смену, производительность локомотивосостава 400-600 т/смену.

Рудники цветной металлургии: Гайский подземный рудник, Учалинский, Узельгинский рудники, рудники СУБРа, а также шахта Магнезит перешли частично на применение импортного самоходного горного оборудования на основных технологических процессах.

Анализ российского рынка по закупке импортной горной техники для рудных шахт показал, что большинство рудников Урала используют горное оборудование, выпускаемое финской фирмой Тамрок. Так на Гайском подземном руднике для бурения взрывных скважин использовались самоходные буровые станки типа СОЛО, для бурения шпуров применяют применяют буровые установки типа МИНИБУР, МИНИМАТИК. Для доставки руды в блоки самоходные погрузочно-доста-вочные типа ТОРО с дизельным двигателем различной модификации. В настоящее время на руднике в работе находится один буровой станок для бурения скважин шведской фирмы Атлас Копко типа Симба.

Ковшовые погрузочно-доста-вочные машины типа ТОРО - практически единственный тип ПДМ, применяемых на рудниках Урала.

В тоже время на рудниках Норильского комбината широко применяется самоходное горное оборудование шведской фирмы Атлас Копко: буровые станки Симба, буровые установки типа БУМЕР, погрузочно-доставочные машины типа СТ с дизельным приводом.

Опыт применения самоходного оборудования на рудных шахтах Урала позволил выявить ряд существенных недостатков в его применении.

Применяемое зарубежное оборудование, особенно буровое, имеет эксплуатационную производительность на наших рудниках значительно меньше чем тот же тип оборудования на зарубежных рудниках. Так производительность бурового станка СОЛО на рудниках Учалинского ГОКа уже в производственных программах принята 50 м/смену, на зарубежных рудниках при тех же параметрах горного массива производительность бурового станка составляет 150 т/смену. Средняя производи-

тельность СОЛО на Гайском подземном руднике - 80 т/смену.

Производительность ПДМ на рудниках Урала составляет в среднем 400/смену. На шведском руднике Ки-руна производительность ПДМ типа ТОРО 2500Е грузоподъемностью 15 т. - 500-600 т/час.

Низкая эффективность применения импортного оборудования на рудниках Урала на наш взгляд в первую очередь вызвана тем, что новая техника внедряется в существующие технологии внедрения горных работ, что не позволяет максимально использовать ее технические возможности. В первую очередь это связано с большим объемом вспомогательных операций, связанных с простоями техники.

Другой особенностью технологии на базе самоходного оборудования на рудных шахтах является во многом однотипность применяемого оборудования. В тоже время зарубежными машиностроительными фирмами выпускается большая гамма бурового, погрузочно-доставочного и транспортного оборудования для рудных шахт, существенно различающих по стоимости и по своим техническим параметрам, а также из расчета применения их в различных горно-геологических условиях и при разных параметрах предприятия.

Фирма Атлас Копко выпускает свыше десятка самоходных буровых станков, оборудованных пневмо и гидроперфораторами, десять типоразмеров буровых установок типа Бу-мер в зависимости от размеров сечения выработки.

Фирмой выпускается около 20 типоразмеров погрузочно-доставочных машин с дизельным и электрическим приводом, 12 типов автосамосвалов, грузоподъемностью от 8 до 40 т.

С каждым годом создаются новые типы самоходного оборудования. Канадской фирмой Кюбекс выпускается самоходный буровой станок Мегаматик с технической производительностью бурения 0,8-0,9 м/мин. Атлас Копко выпускается погрузочно-доставочная машина СТ 1000 развивающая откалывающее усилие в 31,8 т при черпании и в 15 т на гидровалике. Номинальная емкость ковша «с верхом» составляет 4,5 кубометра. Недавно фирмой было запущено в производство еще два образца погрузочно-транспортной техники для

рудных шахт - погрузчик СТ 1800, грузоподъемность 17,5 т и 50- тонный автосамосвал МТ500, предназначенный для работы в связке с погрузчиком СТ 1800. Фирмой Тамрок выпускается порядка 15 типоразмеров буровых станков типа СОЛО, буровые установки Минибур, Миниматик, Параматик и др. для бурения шпуров, свыше десятка типоразмеров погрузочно-доставочной машины типа ТОРО, три модификации подземных автосамосвалов.

К сожалению, выбор того или иного типа самоходного горного оборудования для предприятия во многом носит субъективный характер.

В связи с этим, одной из первоочередных задач при переходе на технологию добычи на базе самоходного горного оборудования является предварительная оценка его технического уровня, соответствия горнотехническим условиям месторождения, уровня качества изготовления, цены машины.

Однако при оценке конкурентоспособности того или иного типа машин на сегодня необходимо учитывать наряду с техникоэкономическими факторами - безопасность эксплуатации, экологические и эргономические факторы. Таким образом, только на основе анализа целой группы факторов (технических, технологических, безопасности, экологических и эргономических) может быть принято правильное решение по выбору наиболее эффективного комплекса оборудования для условий того и иного рудника. При этом необходимо учитывать и значимость временного фактора, поскольку с ростом глубины горных работ может существенно измениться влияние этих факторов на конкурентность оборудования.

Опыт применения самоходной техники на рудниках Урала показал, что повышение производительности труда при переходе с переносного оборудования на самоходное на отдельных процессах незначительно увеличивает производительность труда забойного рабочего по системе разработки и прибыль, и только при одновременном повышении производительности труда на проходческих работах, бурении и выпуске резко возрастает производительность труда в целом по системе и прибыль.

Так согласно исследованиям, проведенным в ИГД УрО РАН для усло-

вий Гайского рудника, повышение производительности труда только на проходческих работах в 1,9 раза приводит к увеличению производительности труда по системе на 11,7 процента, а повышение в 2,4 раза - лишь на 14,4 процента (прибыль на 6,8 процента). Повышение производительности только бурового станка с 12 м/смену (НКР - 100) до 80 м/смену (СОЛО) в 6,6 раз увеличит производительность труда по системе разработки на 68,3 процента, а прибыль -на 0,1 процент. При увеличении производительности буровой установки до 140 м/смену (11,6 раз) производительность по системе увеличивается на 77,6 процента. При повышении производительности только погрузоч-но-доставочной машины с 150 до 500 т/смену (в 3,3 раза) производительность труда по системе увеличится на 70 процентов, а прибыль - на 17,7 руб/т.

Комплексное повышение производительности труда на всех процессах одновременно, например, на проходческих работах - до 6,2 кубометра/чел-смену, буровой установки - до 150 м/смену, ПЛМ - до 350 т/смену приводит к увеличению производительности труда в целом по системе разработки в 2,6 раз. При увеличении этих показателей соответственно до 9,110 и 700 производительность труда по системе увеличится в 5 раз, а прибыль составит до 20 руб/т.

Техническое перевооружение рудника предопределяет необходимость в новых технологиях ведения горных

работ. Примером может служить Гайский подземный рудник, который перешел на поточные технологические схемы перемещения руды.

Переход практически полностью на выпуске и доставке руды из камер на применение ПДМ позволило руднику осуществить конвейеризацию подземного транспорта при сооружении в шахтном поле мобильных дробильных установок, к которым руда из очистных блоков доставляется ПДМ.

Однако высокая стоимость импортного самоходного оборудования делает его неподъемным для целого ряда рудников Урала. Так наиболее высокопроизводительный самоходный буровой станок Мегаматик канадской фирмы Кюбекс стоит порядка 700-900 тыс. долл. В тоже время на рудниках Урала в «доперестроечный» период было разработано и внедрено совместно с машиностроительными фирмами целый ряд высокопроизводительного отечественного оборудования: автопоезд АШ - 75, самоходный питатель для торцового выпуска руды, комплекс локомотивной откатки с непрерывной погрузкой и разгрузкой состава и целый ряд другого оборудования. По-видимому настало время вернуться к этим разработкам, изготовлению их на отечественных заводах и внедрению наиболее перспективных из них в производство.

На кафедре РРМ Уральской государственной горно-геологи-ческой академии в настоящее время прови-

дится комплекс исследований по техническому перевооружению рудных шахт.

Установлено, что для большинства железорудных шахт Урала, многие из которых ведут доработку месторождений, в связи с ограниченностью вскрываемых запасов и большой глубиной разработки, переход полностью на технологию на базе самоходной импортной горной техники при существующих схемах вскрытия (отсутствие наклонных съездов и т.д.) нецелесообразен.

Эффективно может оказаться переход на самоходные комплексы машин на отдельных технологических процессах, в первую очередь на проходческих работах, с целью их интенсификации.

Для рудников, ориентированных на технологии с применением самоходного оборудования, наиболее эффективно применение его во всей технологической цепочке, при выборе наиболее целесообразных модификаций оборудования, соответствующих горногеологическим условиям месторождения и параметрам рудника.

На концентрационных горизонтах при электровозном транспорте в качестве подвижного состава перспективно применение вагонов с межкузов-ным перекрытием и донной разгрузкой, которые выпускаются канадской фирмой Нордик Горная технология ИНК различных типоразмеров.?

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------

Славиковский О.В., Дементьев И.В., Осинцев В.А. — Уральская государственная горно-геологическая академия.