Карьера в карьере: техника и технологии для добычи угля открытым способом

        Самым древним способом добычи полезных ископаемых являются открытые горные выработки. Так, примерно в VI тысячелетии до н. э. появились первые примитивные горнопроходческие инструменты, а в IV тысячелетии на территории Северной Эфиопии, Кавказа, Индии и Синайского полуострова извлекали полиметаллические руды с целью получения бронзы.                     

 

 

 

 

  От ручного труда до повсеместной механизации

    Во время активного возведения пирамид в Древнем Египте появились первые большие карьеры, в античный период на открытой местности добывался мрамор. В средние века наметилась тенденция открытой добычи цветных металлов. Центрами выработок стали территории современных Испании, Италии и российского Урала. Уже к XVIII веку разработки россыпных месторождений карьерным способом на Урале и в Сибири обрели особую популярность.

       Со временем широкое распространение получила добыча больших объемов ресурсов в шахтах и каменоломнях, и по сей день данный способ добычи является превалирующим. Но когда речь идет о неглубоком залегании породы, рентабельнее разрезы и карьеры. Популярность открытой добычи связана в первую очередь с ее экономической эффективностью. Так, извлечение полезных ископаемых в карьерах в три раза дешевле для угольных и в два раза – для рудных месторождений, чем шахтный. Кроме этого, при разработке месторождений карьерным способом отпадает необходимость в таких затратных и трудоемких этапах, как обустройство шахт или прокладывание тоннелей. Кроме этого, по производительности карьеры обгоняют шахты в два, а то и в три раза, а объем потерь полезных ископаемых снижается в пять раз!

   Самой собой, настоящий прогресс в отрасли был бы невозможен без создания полноценных карьерных машин и налаживания основных процессов производства, таких как выемка, погрузка, транспортировка и образование отвалов.

   Первые экскаваторы стали использоваться на карьерах, начиная с XIX века, а наступление XX столетия ознаменовалось бурным развитием открытой разработки месторождений в США и Германии. В России же дела обстояли не так радужно: практически до середины прошлого века преобладал ручной труд, частично механизированный за счет использования в качестве транспорта тачек.

  На территории СССР первые крупные карьеры для добычи угля, цветных и черных металлов были обустроены с 1928 по 1941 годы. Вместе с тем совершенствовались и методики проведения взрывных работ. Так, в 20-х годах горняки отказались от средневекового пороза в пользу аммонала, в 30-х заменили его динамоном, во время Второй мировой войны, на годы которой пришелся существенный рост объемов добычи, использовали оксиликвит. В послевоенное время, когда экономика активно восстанавливалась, расширились масштабы механизации процессов на карьерах, было унифицировано экскаваторное и транспортное оборудование, а при взрывных работах стал применяться игданит.

      В настоящее время открытая разработка месторождений позволяет удовлетворить порядка 65 % от объема мирового потребления сырья как рудного, так и нерудного происхождения, а также 35 % топлива твердого типа. Около 90 % бурых и 20–30 % каменных углей также извлекаются в разрезах, 75 % железных руд и порядка 80 % руд цветных металлов, 90 % других ископаемых и строительных материалов добываются в карьерах. Наибольшее распространение открытая добыча широко получила в США, Китае, Австралии, Канаде и ряде европейских стран. На территории Российской Федерации на долю добычи руд как черных, так и цветных металлов в карьерах приходится до 93 %, угля – 66 % и практически 100 % строительных материалов.

Угольный Клондайк

   В целом угольная промышленность РФ является одной из самых главных отраслей, определяющих энергетическую безопасность и суверенитет России. Об этом в августе 2017 года на мероприятии, посвященном Дню шахтера, сообщил президент России Владимир Путин.

    По последним данным, предоставленным Центральным диспетчерским управлением ТЭК (ЦДУ ТЭК), добыча угля в России в марте 2018 г. увеличилась по сравнению с показателем марта 2017 г. на 8,3 % – до 36,962 млн т, экспорт вырос на 0,9 % – до 15,638 млн т. Поставки российского угля на внутренний рынок увеличились на 17,8 % до 17,275 млн т. При этом в марте 2018 г. отмечено падение импорта угля на 41,5 % до 1,253 млн т.

    Добыча крупнейших угольных компаний за отчетный период составила: СУЭК – 9,865 млн т (+6,5 %), УК «Кузбассразрезуголь» (входит в УГМК) – 3,921 млн т (+3,2 %), ХК «СДС-Уголь» – 2,133 млн т (-3,8 %), компания «Востсибуголь» – 1,283 млн т (+5,4 %), УК «Южный Кузбасс» (входит в «Мечел») – 635,3 тыс. т (–12,4 %), ХК «Якутуголь» (входит в «Мечел») – 704,1 тыс. т (-10 %). Значительная часть внутреннего рынка, а также экспорта приходится на долю Кузнецкого угольного бассейна – одного из крупнейших в России и в мире.

   В бассейне, расположенном в Западной Сибири на территории Кемеровской области, находится 58 шахт и 36 угольных разрезов. 
   Крупнейшей компанией на Кузбассе, специализирующейся на добыче угля открытым способом, является ОАО «УК «Кузбассразрезуголь». В ее состав входят шесть угольных разрезов: «Кедровский», «Моховский», «Бачатский», «Краснобродский», «Талдинский», «Калтанский». Балансовые запасы УК составляют более двух млрд т угля. Ежегодно предприятия компании добывают свыше 45 млн т топлива.

    Около 50 % добываемого угля реализуется на экспорт. Активными потребителями угля Кузбасса на внешнем рынке являются Нидерланды, Корея, Китай, страны Азии, на внутреннем – жители Западной Сибири, Урала, Европейской части России. Благодаря увеличению масштабов производства по добыче угля открытым способом популярность продукции Кузнецкого угольного бассейна возрастает. Уголь, добытый в разрезах, дешевле, чем из заглубленных месторождений в шахтах, поэтому данный вид продукции предпочитают закупать частные лица и мелкие предприниматели. Добывается как высококачественный, так и уголь низких сортов, что позволяет потребителям приобретать соответствующую целям продукцию.

       Как мы уже говорили выше, открытый способ добычи угля невозможен без применения специализированной техники, которая адаптирована специально для данного вида промышленности. Впрочем, и здесь все не так просто: критериев выбора машин и оборудования множество.

Технологии добычи

     Начнем с того, что добыча полезных ископаемых открытым способом осуществляется с применением разных подходов и технологий. В свою очередь на выбор того или иного производственного процесса влияет ряд факторов.

       Во-первых,  в зависимости от положения и формы залежей относительно поверхности земли различают следующие методы разработки месторождений:

  • Поверхностный.  Данный способ предусматривает освоение участка и обработку максимального объема как полезных ископаемых, так и вскрышных пород. При этом последние размещаются в отработанном пространстве карьера.
  • Глубинный. При нем вскрышные породы извлекаются в нисходящем порядке слоями.
  • Нагорный. В данном случае происходит перемещение вскрышных пород и полезных ископаемых сверху вниз до более глубинных отметок.
  • Нагорно-глубинный метод применяется как вариант нагорного при достаточно сложном рельефе.
  • Метод подводной добычи используется при расположении залежи и ее кровли под водой.

 

        Во-вторых, по критерию положения рабочей зоны, а также перемещения фронта работ выделяют следующие методы:

  • Сплошной. Руда добывается в залежах горизонтального или полого-падающего типа, при этом пустая порода размещается как в выработанном пространстве, так и за пределами карьера.
  • Углубочный. Освоение крутых и наклонных залежей с размещением вскрыши во внешних отвалах.
  • Смешанный. Включает в разной степени оба метода, используется при добыче полезных ископаемых в сложных горных, геологических и топографических условиях.

 

      В-третьих,     в соответствии используемым видам горного и транспортного оборудования выделяют следующие технологии:

  • Цикличная. Процессы выемки и транспортировки руды проходят с паузами, что связано с особенностями применения конкретной техники.
  • Циклично-поточная, при которой применяются механизмы непрерывного и цикличного действия. При этом выемка породы осуществляется машинами цикличного принципа работы – одноковшовыми экскаваторами, а также погрузчиками, а транспортировка – непрерывно работающими устройствами, в том числе конвейерами и автоматическими сортировочными установками.
  • Поточная. При ней используются по большей части горные и транспортные машины с непрерывным принципом действия, к примеру, гидромеханические устройства, ленточные конвейеры, многоковшовые экскаваторы. Если для цикличной и циклично-поточной технологий характерно автоматизированное управление отдельными процессами, то для поточной задействуются автоматизированные системы управления.

 

      Вне зависимости от типа освоения залежей в карьерах присуща идентичная общая схема работ. Слои пустых пород разделяются на уступы, которые снимаются сверху вниз, при этом верхние слои опережают нижние. Выработанное пространство увеличивается по мере перемещения рабочих уступов. В целом технологические процессы предусматривают отделение горных пород от полезных ископаемых, погрузку и вывоз горной массы, размещение пустой породы в отвалах.

 

     Все начинается с геологоразведки.   Уже после утверждения и запуска проекта проводятся подготовительные работы: рубка и корчевание леса, обводнение или осушение местности, строительство складских, административных и производственных объектов, коммуникаций, водопроводных и канализационных сетей. Трудоемкость процесса зависит от топографических особенностей, климатических условий, степени обводненности.

       На этапе горно-капитальных работ и вскрытия месторождения обустраиваются структурные компоненты карьера: внутренние и внешние траншеи, монтируется горное, технологическое и транспортное оборудование. Вскрышные работы – отделение породы, мешающей извлечь полезные ископаемые, путем механического рыхления или с применением взрывчатки. Особенностью работы с вскрышными породами является постоянное перемещение забоев и пунктов разгрузки на отвалах.

      Для того, чтобы пробурить взрывные скважины, используются буровые станки массой до 130 т. В качестве взрывчатых веществ применяются аммиачно-селитренные бестротиловые гранулиты и граммониты, а также водонаполненные компоненты для скважин с обводнением. Разрыхление осуществляется рыхлителями с мощностью до 735 кВт. Также на этапе вскрышных работ задействованы драглайны и механизированные лопаты с вместимостью ковша порядка полутора сотен куб. м.

        Затем наступают непосредственно добыча,       включающая выемку полезных ископаемых,   их транспортировку и отгрузку на склады или на обогатительные комбинаты с использованием спецтехники.

 

В чем сила, брат?

        Как мы уже говорили ранее, современный карьер – это высокотехнологичное предприятие, обладающее высокой степенью механизации. На месторождениях работают высокопроизводительные машины, предназначенные для выемки, дробления, перевозки и складирования породы и полезных ископаемых. Данные процессы производятся как разными горными машинами, так и комплексными агрегатами, которые выполняют сразу несколько функций.

   Самые распространенные виды карьерной техники, используемые для строительной/горнодобывающей промышленности, – это экскаваторы разных типов, самосвалы большой/средней грузоподъемности, тракторы, погрузчики, бульдозеры, грейдеры. Все они различаются по типу, мощности, грузоподъемности и техническим параметрам, обеспечивая определенный спектр выполняемых задач, высокую производительность, упрощение технологического процесса и массу других преимуществ.

        Выбор конкретных машин зависит от целого ряда условий,       таких как степень крепости пород, форма пластов полезных ископаемых, геологические условия, рельеф и даже климат. Также оказывает влияние система разработки месторождения и режим проведения горных работ. Не последнюю роль играют и капитальные затраты, объемы прибыли и производительность труда.

    С целью повышения эффективности освоения месторождений в карьерах внедряется комплексная механизация, характеризующаяся неразрывностью коммуникаций от точки забоя до пунктов разгрузки руды. Еще одно обязательное условие – машины, задействованные на бурении, выемке и погрузке, отвалах и вспомогательных задачах, должны соответствовать друг другу по показателям производительности и мощности.

       Занятный факт: на выбор конкретной техники оказывают большое влияние национальные традиции отрасли.  К примеру, в США операторы угольных разрезов отдают предпочтение большим экскаваторам, тогда как в Германии чаще используют транспортно-отвальные комплексы. В большинстве случаев в качестве техники для выемки и погрузки породы во всем мире используются экскаваторы, прямые мехлопаты и погрузчики шарнирно-сочлененного типа.

   Особенностью поточной технологии открытой разработки месторождений является повсеместное использование роторных экскаваторов и самоходных дробилок, масса которых может достигать 600 т. Применение дробильных агрегатов, как мобильных, так и стационарных, размещаемых в разгрузочно-приемных пунктах, позволяет операторам шире использовать конвейерные системы.

    Основной же транспортной единицей в карьерах по-прежнему являются самосвалы. Преобладающее количество таких машин имеет грузоподъемность до 155 т, в меньшей степени в открытой разработке месторождений участвуют гиганты (200–300 т). Кроме того, активно применяются железнодорожные 360-тонные агрегаты, думпкары с грузоподъемностью порядка 180 т. Есть среди карьерных машин и настоящие колоссы, мировые рекордсмены по габаритам и мощности среди экскаваторов, погрузчиков и самосвалов. Понятно, что задействование большого количества дорогих и мощных машин, колоссальные объемы работ предопределяют не только то, что карьерная добыча предельно эффективна, но и то, что она является достаточно затратным процессом. Подробнее о самосвалах мы поговорим дальше на страницах журнала.

       Следующими по популярности идут мощные экскаваторы, которые обеспечивают расчистку территории, рытье котлованов, погрузку и массу другой работы. В большинстве своем используется два вида техники – дизельные и электрические модификации машин экскаваторного типа, но последние из них вызывают массу трудностей при эксплуатации, поэтому наиболее распространенными типами считаются машины на дизеле. Хотя среди преимуществ электрического экскаватора – большая грузоподъемность, снижающая затраты на добычу полезных ископаемых.

        В качестве наглядного примера обратимся к уже упомянутому выше Бачатскому разрезу – одного из крупнейших в Кузнецком бассейне. Его строительство началось в 1948 г. в семи километрах от старинного села Бачаты, по которому протекает река Большой (Черновой) Бачат. На сегодняшний день его годовая добыча составляет свыше 8 млн 700 тыс. т. 

 

  Техническая база разреза включает в себя парк необходимого основного и вспомогательного оборудования, а также объекты ремонтного хозяйства – комплекс ремонтных, складских зданий и сооружений, объектов электроснабжения. По последним данным, на разрезе задействованы 29 экскаваторов, девять локомотивов, три буровых станка, 24 бульдозера тяжелого типа, а также 63 автосамосвала, в том числе самый крупный в странах СНГ в своем сегменте «БелАЗ-75600» грузоподъемностью 320 т массой 560 т. 

 

 

    В 2011 году на разрезе были запущены в эксплуатацию 35 кубовый китайский экскаватор WK-35 и американский Р&Н-4100 ХРС с объемом ковша 57 куб. м. Энергетические угли перерабатываются с 2002 г. на обогатительной фабрике «Бачатская энергетическая» мощностью три млн т угля в год и двух сортировочных комплексах ДСК-1 и ДСК-2, на каждом из которых перерабатывается 1,5 млн т угля в год. Коксующиеся угли перерабатываются с 2008 г. на обогатительной фабрике ОФ «Бачатская коксовая» с перерабатывающей мощностью 3 млн т угля в год. Разубоженный уголь из забоев автосхемы автосамосвалами вывозится на склады участка переработки и обогащения. Завершается реконструкция комплекса обогатительной установки с отсадочной машиной «Батак», что позволит увеличить извлечение товарного угля из углесодержащей массы РГМ с 350 тыс. до 750 тыс. т в год.  

Импортные тенденции

     Ввиду высокой востребованности карьерной техники данное направление машиностроения занимает сейчас крайне серьезную нишу. Среди производителей карьерной техники особо выделяются Белорусский и Могилевский автомобилестроительные заводы, на протяжении многих лет выпускающие мощную спецтехнику разного назначения. Среди зарубежных концернов ведущими производителями признаны Hitachi-Euclid, Liebherr, Caterpillar, Terex и Komatsu, выпускающие широкий модельный ряд карьерных машин и техники.

 

     Одними из признанных лидеров мировой автоиндустрии в области производства, которую занимает карьерная спецтехника, являются американские компании Caterpillar и Terex, хорошо известные на российском рынке. Следующими по мощности производимых машин, их высокой продуктивности и техническим параметрам являются такие концерны, как немецкая компания Liebherr и японские производители техники Komatsu Hitachi. Основными производителями специализированной техники в России являются концерн «Тракторные Заводы» (торговая марка «Четра»), машиностроительная корпорация «Уралмаш», ОАО «Ижорские заводы» и группа «ГАЗ» (дивизион «Спецтехника») – торговая марка ТВЭКС и ЧСДМ. 

      Как сообщают эксперты, на рынке карьерного оборудования и техники в настоящее время превалируют образцы иностранного производства. Дабы не быть голословными, обратимся к цифрам. Данные об импорте на рынке карьерной технике в 2017 году предоставлены компанией ID-Marketing (www.id-marketing.ru). В исследовании рассмотрены следующие позиции: тяжелые гидравлические экскаваторы, большие горные гидравлические экскаваторы, тяжелые колесные погрузчики, тяжелые гусеничные бульдозеры. Данные об объемах импорта еще одних карьерных тружеников – самосвалах, мы раскроем в отдельном материале. 

    Результаты изложены в таблице. Красным цветом выделен общий объем импорта по конкретному виду техники за год, шт. Зеленым – темп прироста 2017 года к 2016, %.

   Так,  согласно исследованиям ID-Marketing, наибольший прирост объема поставок наблюдается в сегменте тяжелых гидравлических экскаваторов (147, 60 %). Общий объем поставок равен 827  единицам техники Лидирующие позиции занимают машины корейского производства (43, 53 %) рынка, 33, 49 % занято японскими экскаваторами, на долю китайских машин приходится 18,86 %, и только 4,11 %  рынка представлены машинами производства других стран. Если говорить о брендах, то в текущем году наметилась занятная тенденция. 44, 38 % общего рынка занимают машины различных марок, увеличив долю присутствия на 198, 37 % по сравнению  с 2016 годом. Далее следует HYUNDAI – его доля составляет 24,06 %, увеличив долю на 145, 68 % по сравнению с 2016 годом, затем  KOMATSU (17,78%), прирост составил 133, 33 %. Большая доля поставок (38, 57 %) приходится на Москву, еще 14, 87 % – на Московскую область. 20, 31% от общего числа машин закуплены Приморским краем, что на 2300 % больше, чем в 2016 году.

    Значительный прирост наблюдается и в сегменте больших горных гидравлических . В 2017 году в Россию поставлено 155 единиц техники, что на 118,31 % больше, чем в 2016. Наибольшую долю рынка (61,94 % и 96 машин соответственно) занимает техника производства Японии, затем – Франции (доля рынка – 14, 19 %, объем поставок – 22 машины. Основным импортером среди регионов является Москва (123 машины и 79,35 % рынка соответственно), 20% рынка приходится на долю Приморского края – 31 машина с приростом  в рекордных 416,67 %. Кроме этого, начались поставки в Калужскую область.

        Среди компаний лидирующие позиции у KOMATSU. В 2017 году бренд увеличил прирост на рынке на 122, 5 %, поставив 89 машин и заняв тем самым 57, 42 % рынка. На 214,29 % (до 14, 19%) возросла доля присутствия концерн LIEBHERR, поставив 22 экскаватора.

      В 2017 году в Россию поставлено    45 тяжелых колесных погрузчиков, что на 55, 17% больше, чем в 2016. 16 из них шведского производства (35, 56% от общего рынка, что на 166,67 % больше, чем в 2016). 33,33 % занимает Япония (15 машин). Увеличив свою долю на 15,38 % по сравнению с 2016 годом. На 50 % увеличил объем поставок США  – 12 машин, что составило 26,67 % от общей доли рынка. Главным покупателем также является Москва (15 машин и 33, 33% рынка соответственно). Затем следует Калужская область( 13 машин, 28,89 % и увеличение доли на 116, 67 %). Впервые начались поставки в Новосибирскую область – 5 машин (11,11 %). На долю остальных регионов приходится 26,67 %( 12 машин). Среди брендов лидирует VOLVO (16 машин, 35, 56 рынка с увеличением доли на 1 67, 76 % по сравнению с 2016 годом).  13 машин поставил KOMATSU (28,89с приростом на 85,71 %). 20% у CAT (9 машин, прирост  на 85, 71%). 

         Рынок импорта тяжелых гусеничных бульдозеров в 2017 году возрос незначительно – на 35, 83% и составил 254 машины. Среди стран-поставщиков машин данного класса все также лидирует Япония – 39,76 %, хотя позиции снизились по сравнению с 2016 годом на 4,72%.

Похожие записи

Оставить комментарий

7 + шесть =