Сегодня, в условиях роста урбанизации и устойчивой зависимости экономики от минералов, металлов и угля, полезные ископаемые пользуются наибольшим спросом за всю историю. В России горнодобывающая промышленность является одной из основных отраслей, определяющих энергетический суверенитет страны. Постоянное увеличение объемов добычи ресурсов, в частности руды и угля, влечет за собой рост спроса на специальную технику и оборудование, а труднодоступность месторождений, сложные климатические условия и специфика работ в свою очередь диктуют особые требования к средствам механизации.
Угольная промышленность занимает особое место в структуре экономики Российской федерации. Согласно Государственной программе развития угольной отрасли на период до 2030 г планируется увеличить добычу угля до 430 млн т, в том числе в 2030 г открытым способом до 268,2 млн т на 82 разрезах против 255,1 млн т на 137 разрезах в 2012 г. Сокращение количества угольных разрезов с 137 до 82 должно неизбежно сопровождаться увеличением их среднегодовой производственной мощности с 1,93 до 3,27 млн т (в 1,7 раза). Само собой, для реализации данных весьма амбициозных планов необходимо обновить парк техники в первую очередь за счет внедрения в эксплуатацию более мощного выемочно-транспортного, бурового и вспомогательного карьерного оборудования, как отечественного, так и зарубежного производства.
Формирование парка техники зависит в первую очередь от способа добычи. Сейчас их существует два – открытый (в карьерах и разрезах) или закрытый (в шахтах). На выбор того или иного производственного процесса влияет ряд факторов, но наиболее распространенным сейчас является открытый способ добычи.
Так, согласно данным исследований, 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.
Добыча полезных ископаемых открытым способом осуществляется с применением разных подходов и технологий, выбор которых зависит от ряда 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 перемещению 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.
Но в любом случае все всегда 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 наступает непосредственно добыча, включающая выемку полезных ископаемых, их транспортировку и отгрузку на склады или на обогатительные комбинаты с использованием спецтехники.
Самые распространенные виды карьерной техники, применяемые 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.
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.
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.
Практика показывает, что срок службы электрических экскаваторов в 2–3 раза больше, чем гидравлических, и составляет более 150–180 тыс. рабочих часов, то есть 25–30 лет. Экономически эффективная наработка современных гидравлических экскаваторов не превышает 60 тыс. час.
Гидравлические экскаваторы обеспечивают высокую эффективность селективной разработки сложно-структурных месторождений, возможность обслуживания нескольких забоев для усреднения добываемой руды, эффективную разработку обводнённых залежей (в их числе – техногенных месторождений в виде отходов обогащения руд), безвзрывную выемку полускальных пород.
В настоящее время в мире выпускается порядка 50 моделей карьерных гидравлических экскаваторов.
Впрочем, важно понимать, что в разных странах и регионах ситуация складывается по-разному. К примеру, в России и странах СНГ продолжительное время сохраняется следующая тенденция: ведущая роль на большинстве действующих предприятий по добыче руд черных и цветных металлов, горно-химического и строительного сырья уделяется карьерным электрическим экскаваторам с ковшом вместимостью 8–15 м3, тогда как в странах дальнего зарубежья в этом типоразмере основной объем закупок приходится на гидравлические экскаваторы.
Объяснений данной ситуации существует несколько. Так, нередко определяющими факторами формирования спроса является неудовлетворительное качество подготовки горной массы к выемке, отступление от соответствующих проектных показателей, низкий уровень сервисного сопровождения горных машин. Это все приводит к тому, что использование гидравлических экскаваторов на основной выемке горных пород III–V категорий по трудности экскавации в большинстве случаев является неэффективным, а то и вовсе невозможным.
Если говорить о производителях, то наиболее популярными и востребованными среди поставщиков горного оборудования определенных типов для открытых работ являются следующие компании:
• Бульдозеры, скреперы и грейдеры (Caterpillar, Komatsu, Volvo, ЧЕТРА, ЧТЗ-УРАЛТРАК).
- Буровые станки для открытых работ (Caterpillar, P&H, Sandvik, Atlas Copco, Schramm).
- Драглайны (Caterpillar, P&H, Уралмаш, НКМЗ).
• Гидравлические одноковшовые экскаваторы (Caterpillar, Komatsu, Hitachi, Liebherr). - Канатные карьерные одноковшовые экскаваторы (P&H, Caterpillar, TZ (Taiyuan Heavy Industry), ИЗ-КАРТЕКС, Уралмаш).
- Карьерные самосвалы (Caterpillar, Komatsu, Hitachi, Liebherr, БЕЛАЗ, Volvo).
- Колесные погрузчики (Caterpillar, P&H, Komatsu, Volvo).
• Ленточные конвейеры (Caterpillar, Joy, Sandvik, ThyssenKrupp Fordertechnik, Tenova TAKRAF); - Фрезерные комбайны (Caterpillar, Wirtgen, Vermeer, Tenova TAKRAF);
- Комбайны типа «Highwall» для выемки угля из-под высоких забоев (Caterpillar).
Несколько обособленно в линии поставки оборудования для открытых горных работ находятся два крупнейших машиностроительных концерн
а Германии – ThyssenKrupp Fordertechnik и Tenova TAKRAF, производящих преимущественно мощное оборудование для технологических процессов непрерывного действия и циклично-поточной технологии на открытых разработках. Cat Global Mining занимает лидирующую позицию на рынке горной техники как для открытых, так и для подземных работ, перекрывая большинство позиций по номенклатуре оборудования. В свою очередь Cat Global Mining конкурирует в мире по профилю производимого горного
оборудования c компанией Joy Global Inc., которая владеет компаниями P&H Mining Equipment (карьерные мехлопаты, гидравлические экскаваторы, драглайны, станки вращательного бурения), Joy Mining Machinery (подземное оборудование) и Continental Conveyor (конвейерный транспорт), дизельный транспорт и другие.
Новинки и бестселлеры
Одной из наиболее известных площадок для презентации новинок является Международная выставка машин и оборудования для добычи, обогащения и транспортировки полезных ископаемых MiningWorld Russia. Рассмотрим несколько наиболее интересных экспонатов проекта, прошедших в МВЦ «Крокус Экспо» с 17 по 19 апреля 2018 года
Так, израильская компания SSL Communication and Security представила AutoStem – революционную замену взрывчатых веществ для использования в шахтах, представляющую собой первый в мире бездетонационный взрывпатрон с автоматическим фиксатором.
На стенде ООО «Скания-Русь» гостям был представлен абсолютно новый продукт в России – самосвал Scania G 440 B8x4HZ с кузовом для перевозки скальных пород, объем 25 м3.
Еще один крупный игрок рынка, компания Liebherr, презентовала первый в мире 70-тонный бульдозер Liebherr PR 776, тяжёлый гидравлический экскаватор Liebherr R 9400, горный экскаватор Liebherr R 9200, горный самосвал Liebherr T 264, в 2017 году впервые поставленный в Россию.
LASE Industrielle Lasertechnik GmbH – один из лидеров среди производителей высокоточной промышленной лазерной измерительной техники и инженерных решений на ее основе. Компания представила гостям Mining World свои инновационные технологические решения в задачах бесконтактного лазерного 3D измерения объемов насыпных грузов в пределах периметра их хранения/транспортировки: грузовые самосвалы; бункеры, накопительные склады; железнодорожные вагоны или конвейерные ленты.
Компания «Макланахан» представляла пробоотборные системы, которые могут использоваться с насыпным материалом для определения и подтверждения качества или состава транспортируемого, получаемого или перерабатываемого в процессе материала. Это автоматический и экономный способ легко, безопасно и точно отобрать образцы из движущейся конвейерной ленты.
MINETECH MACHINERY познакомила гостей выставки с линейкой самосвалов и экскаваторов горного класса HITACHI, программой «Восстановленные компоненты», по которой владельцы техники HITACHI могут обменять бывшие в употреблении компоненты на восстановленные в заводских условиях с гарантией и ресурсом нового компонента. Также на стенде экспонента было оборудование для технического обслуживания горнодобывающих машин, смазочные материалы Castrol для горной техники, дизельные генераторы TEKSAN и дробильно-сортировочное оборудование BURCELIK.
На стенде НПО ЭРГА» был представлен уникальный для России и всего мира сепаратор ПВМ валкового типа с замкнутой магнитной системой, имеющий высокую индукцию магнитного поля – 1,5 Тл. Данный сепаратор не потребляет электроэнергию для создания магнитного поля, не имеет сложную для ремонта электромагнитную систему и не требует подвода охлаждающей воды. Испытания вольфрамовых, ильменитовых, апатит-нефелиновых руд на полупромышленной модели ПВМ показали эффективность разработанного оборудования, а именно высокое извлечение минералов со слабой магнитной восприимчивостью (95-99%).
ОАО «Завод бурового оборудования» представлял ZBO U7 Е – флагман линейки подземных буровых установок. Оборудование грузоподъемность. 7 т предназначено для колонкового бурения с поверхности и подземных выработок, геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые с отбором керна съемным керноприемником.
ООО «Механоремонтный комплекс» презентовал мельничные футеровки из хром-молибденового сплава, применение которых позволяет значительно снизить затраты на содержание оборудования. Это становится возможным благодаря ряду преимуществ, таких как высокая устойчивость к гидроабразивному износу, значительное увеличение срока эксплуатации и как следствие межремонтного периода в сравнении с аналогичными футеровками из марганцовистой стали, отсутствие наклепа и наплыва металла между элементами футеровки, что упрощает и ускоряет процесс замены.
Компания НПО Аконит, специализирующаяся на разработке комплексных решений в сфере конвейерного транспорта, строительства промышленных объектов и инжиниринга, на выставке представила ряд новых разработок, в числе которых – вертикальный конвейер. Он предназначен для крутонаклонного подъема отбитой горной массы, оснащен конвейерной лентой карманного типа и гофробортом, что позволяет обеспечивать большую производительность. В связке с перегружателем и отвальным конвейером система используется для транспортировки породы на поверхность с последующей загрузкой в транспорт.
АО «ИНДЭК», официальный дистрибьютор продукции канадской компании «Миллер Текнолоджи Инкорпорейдет», представлял подземную самоходную машину MILLER MINE CAB MINE CAB. Различные модификации данной техники предназначены для перевозки персонала, а также выполнения вспомогательных работ в условиях как подземных, так и открытых рудников.
На стенде ООО «ПРИН-СПБ был представлен программно-аппаратный комплекс измерения объема сыпучего материала в кузовах автотранспорта – лазерные ворота (ПАК ЛВ). ПАК ЛВ предназначен для измерения объема сыпучих материалов в различных областях производства: строительство (песок, щебень, и т.п.); горнодобывающая промышленность (уголь, руда, концентраты и т.д.); сельскохозяйственная промышленность (зерно, крупы, и пр.). Устройство закрепляется как на стационарной опоре, так и в полевых условиях при развертывании мобильной версии комплекса, перевозимого при помощи автоприцепа.
Компания «ВИБРОТЕХНИК» презентовала новый сократительный агрегат САМ. Модель отличается современным дизайном и отличным от ранее выпускавшихся образцов способом сокращения пробы. Сокращаемый материал подается в неподвижные лотки посредством легкого вращающегося патрубка, что позволяет существенно снизить потребляемую мощность оборудования. В комплект поставки входят лотки со степенью сокращения 5%, 10%, 25% и лоток с регулируемой степенью сокращения. Разгрузка остатков пробы осуществляется в приемную емкость на выкатной тележке. Данный сократитель можно использовать совместно со Щековыми дробилками ЩД6, ЩД10, ЩД15 и с Питателями ПГ1 и ПГ2.
ООО «МС ТРЭЙД» презентовало шины MAXAM, способные работать
по всему миру в самых требовательных условиях в горнодобывающей и строительной отраслях. Шины обеспечивают отличную работу и износостойкость, это является основой доходности наших потребителей. Также на стенде были конвейерные (транспортерные) ленты торговой марки QUBELT. Многослойные конвейерные ленты, морозоустойчивые, жароустойчивые, маслостойкие и шахтные огнестойкие конвейерные ленты со специальным назначением. Ленты этого производителя в настоящее время с успехом работают на предприятиях и шахтах Кузбасса и других.
Vermeer АСТ презентовал навесную землеройную машину T1255 Terrain Leveler с прямым приводом, сочетающую в себе мощь при резке грунта со способностью аккуратно извлекать то, что получается в результате. Установленный непосредственно на режущем барабане приводной двигатель максимально повышает эффективность и снижает затраты на износ в сравнении с трансмиссиями других типов. Установленные с обеих сторон режущей головки низкоскоростные гидравлические двигатели с большим крутящим моментом повышают производительность за счет более эффективного распределения мощности. Навесное приспособление с прямым приводом обеспечивает глубину резки до 53 см.
Подводя итог, отметим следующее. Важнейшая тенденция развития мирового рынка, ярко проявившаяся в последние несколько лет – концентрация производства горного оборудования и, в частности, карьерной техники в руках нескольких мировых машиностроительных компаний вследствие их слияния и поглощения. При этом ассортимент техники, предназначенной для различных природно-технологических условий разработки месторождений, существенно расширяется.
И если еще недавно наблюдалось падение спроса на горную технику в России, то с 2016 он постепенно восстанавливается. Эксперты связывают это в первую очередь с улучшением ситуации в угольной промышленности, которая стабильно оказывает значительное влияние на горнодобывающий сектор России в целом. Главным стимулом для увеличения темпов добычи угля является рост экспортных поставок. Все это позволяет прогнозировать оживление спроса на горнодобывающее оборудование, комплектующие, а также сервисные услуги со стороны угледобывающих компаний.
Если говорить о глобальных тенденциях, то аналитики отмечают стремление компаний автоматизировать процессы и сократить эксплуатационные издержки. С этой целью компания Hitachi Construction Machinery разрабатывает современные технологии, совершенствуя свой продукт. К таким разработкам относятся, например, система электропривода переменного тока для самосвалов, системы интеллектуального управления приводом, оптимальная гидравлическая система, передовая тормозная система и многие другие. Также компания Hitachi активно занимается разработкой собственной системы автономной транспортировки, позволяющей исключить участие оператора из полного цикла транспортировки горной массы.
Согласно прогнозам экспертов, на данном этапе развития, а также в ближайшем будущем определять реализацию уже разработанных способов ведения горных работ и обеспечивать создание новых технологий разработки и управления горным производством будут именно технологические характеристики машин и оборудования. Основные изменения будут касаться использования новых конструкционных материалов и систем автоматизации. Главная же тенденция развития структуры мирового парка карьерной техники характеризуется увеличением доли машин большой единичной мощности, а именно: экскаваторов одноковшовых с полезной нагрузкой свыше 60 т (30 м3), самосвалов грузоподъёмностью свыше 220 т, драглайнов с ковшом 30–100 м3. И несмотря на то, что в мире по объемам продаж все еще лидируют гидравлические экскаваторы, угольные и железорудные карьеры в сегменте экскаваторов с ковшом вместимостью более 35 м3 отдают предпочтение канатным экскаваторам.
