Горнодобывающая отрасль – основа российской экономики, однако уровень производительности труда напрямую зависит от состояния спецтехники, а также ее способности решать современные задачи. Сегодня при выборе машин для карьеров и шахт пользователи отдают предпочтение инновационным технологиям, которые позволяют осуществлять разработку месторождений на ранее нерентабельных участках, зарабатывать быстрее и больше.
Рынок горных машин
На сегодняшний день доля российской продукции в добывающей отрасли страны остается низкой, однако она не одинакова в разных группах техники. По данным рейтинговой службы НРА, 54,8% экскаваторов и 98,5% комбайнов для карьерных работ в России – импортные. В сегменте бульдозеров тяжелого класса, сочлененных самосвалов и экскаваторов доля отечественных предприятий чуть выше – на уровне 65–70% за счет локализации согласно постановлению правительства. В сегменте скребковых и ленточных конвейеров доля российского оборудования превышает 90%.
Тем не менее правительство постепенно расширяет список отраслей, где к зарубежным компаниям предъявляют требования по локализации производства. В минувшем году активно обсуждалась возможность введения таких критериев для производителей карьерной техники: горных экскаваторов и погрузчиков. Однако объемы потребления техники для добывающей отрасли не сравнимы, например, с объемами дорожно-строительных машин: строить заводы на такие объемы экономически нецелесообразно.
Поэтому на протяжении всего прошлого года наблюдался стабильный рост импорта техники, в том числе и за счет отыгрывания небольшого падения в 2020 году. По данным компании ID-Marketing, динамика ввоза в РФ карьерных и сочлененных самосвалов, колесных погрузчиков, гусеничных бульдозеров и экскаваторов по итогам трех кварталов такова:
При этом аналитики дополняют, что в последнем квартале поставки тяжелых бульдозеров в сравнении с 4 кварталом 2020 года выросли в четыре раза. Практически все машины были выпущены тремя производителями: Komatsu (доля в общем объеме — 60%), Liebherr (28%) и Hitachi (10%), в классе свыше 360 л. с также значительную долю занял Caterpillar. Наименее емким рынком в сегменте горного оборудования является импорт тяжелых погрузчиков, однако и здесь мы видим рост: за последние три месяца минувшего года в страну была ввезена 21 единица, но это на 91% больше, чем в 2020 году. В топ брендов вошли Komatsu, Caterpillar и Volvo.
Что касается карьерных самосвалов, импорт вырос более чем в 7 раз, в РФ были ввезены машины девяти брендов. Многолетним лидером остается Komatsu, но в 2021 году резко улучшил свои позиции китайский LGMG, выйдя на второе место. В сегменте самосвалов с шарнирно-сочлененной рамой, которые также часто используются в карьерах, лидируют Volvo, Komatsu и Bell.
ID-Marketing также анализирует ситуацию по интернет-объявлениям о продаже различных типов самосвалов. Так, в последние месяцы 2021 года абсолютным лидером в сегменте новых машин стал Китай. На его долю пришлось более 74% объявлений. В октябре, например, соотношение объявлений о продаже различных типов самосвалов было таким:
Сообщается также, что среди объявлений в порядка 40% случаев речь шла о технике 2011–2015 годов выпуска. Это говорит о значительном износе парка техники, ведь самосвалы – один из самых динамичных сегментов горных машин, который обновляется чаще.
Данных по итогам начала 2022 года пока нет, однако специалисты считают, что внешнеэкономическая ситуация не успела сыграть и цифры должны быть положительными или околонулевыми. Корректировка произойдет во втором и последующих кварталах и будет зависеть не только от ситуации с санкциями, но и от объемов добычи полезных ископаемых.
Российский рынок горно-шахтного оборудования в последние годы развивается довольно монотонно. Из года в год внутреннее производство превышает объемы импорта в 45–50 раз, сальдо стабильно положительное. Ключевыми игроками являются «Кыштымское машиностроительное объединение», «АЛТАЙГЕОМАШ», Завод горного оборудования. Из зарубежных брендов выделяется Sandvik. Однако эксперты полагают, что и общемировой, и российский рынки горнодобывающего оборудования и техники будут стабильно расти на 5–12% в год вплоть до 2027.
Обновление парка
Безусловно, работа по сохранению конкурентоспособности и модернизации парка техники – комплексная. Она включает не только техническое перевооружение и внедрение современного оборудования, но и использование новых технологий при разведке и переработке ископаемых, повышение квалификации персонала всех уровней. Однако толчок к развитию зачастую идет именно от спецтехники. По сути, сейчас есть четыре основных направления развития горных машин:
- автоматизация процессов;
- применение беспилотников и техники на дистанционном управлении;
- повышение мощности и грузоподъемности;
- снижение влияния на экологию.
Эти тренды идут параллельно и находят воплощение в современной спецтехнике на всех этапах: разведке, добыче в шахте или карьере, транспортировке и во всех сегментах добывающей отрасли.
Так, например, с каждым годом все острее встает необходимость разработки драгоценных металлов на труднодоступных участках. Здесь начали применять выщелачивание и рентген, навесное оборудование для мерзлых грунтов. Изменилась сфера добычи алюминия: современные предприятия переносят производство под землю, то есть не поднимают массы на поверхность. Одной из самых глубоких «алюминиевых» штолен является Уральская в России, она достигает глубины 1 550 метров. Даже в такой консервативной сфере, как добыча угля, сегодня внедряются инновации: 3D-моделирование ресурсов, комплексная глубокая переработка пластов, слепое бурение и другие. Разумеется, для реализации этих методов необходимо соответствующее оборудование, оснащенное автоматическими системами, микропроцессорами, датчиками.
Более того, согласно государственной программе развития угольной отрасли на период до 2030 года, предусмотрено увеличение добычи угля при сокращении числа разрезов, то есть с качественным ростом производительности. Такая же стратегия предусмотрена и в других сегментах отрасли. Ее реализация невозможна без обновления парка горнодобывающей техники: внедрения более мощного выемочно-транспортного, бурового и вспомогательного карьерного оборудования, автоматизации и роботизации.
Карьерные машины
Формирование парка техники зависит в первую очередь от способа добычи, наиболее распространенным сейчас является открытый способ. Он предполагает использование бульдозеров, скреперов, грейдеров, буровых станков для открытых работ, драглайнов, фрезерных комбайнов, гидравлических и канатных одноковшовых экскаваторов, колесных погрузчиков, карьерных самосвалов. На рынке представлены как отечественные, так и зарубежные производители: ЧЕТРА, ЧТЗ-УРАЛТРАК, Уралмаш, НКМЗ, БЕЛАЗ, Caterpillar, Komatsu, Volvo, P&H, Sandvik, Atlas Copco, Schramm, Hitachi, Liebherr, Vermeer и другие. Сейчас на этот рынок заходят также китайские бренды.
Все без исключения производители стремятся предлагать современные машины. Приведем лишь несколько примеров.
В направлении роботизации, пожалуй, активнее всего производители самосвалов. Первый беспилотный карьерный самосвал был создан в 1996 году компанией Caterpillar. Сейчас практически все ведущие производители анонсировали планы по роботизации и многие воплотили их: в 2020 году количество таких машин в мире составляло порядка 1 000. Одним из передовиков в эксплуатации самосвалов-беспилотников стала компания СУЭК. В условиях обособленного полигона роботизированный самосвал БЕЛАЗ показал нагрузку в пределах смены, которая превышает норматив на 20–22% при довольно невысокой скорости передвижения.
Если продолжить тему новинок, которые внедряет белорусское предприятие, стоит отметить также, что в 2021 году БЕЛАЗ объявил о модернизации одной из своих титульных моделей, которые получат новый, более мощный мотор и большую грузоподъемность. Кроме того, компания создала свой первый карьерный самосвал, работающий исключительно на электричестве.
Похожим путем идет и КАМАЗ: модель «Геркулес» была в центре внимания на выставке Comtrans.
Завод «Тонар» в 2021 году представил публике шарнирно-сочлененную модель под названием Т-35. Ее отличают мощность и высокая проходимость.
Разумеется, мировые производители не остаются в стороне. Так, Komatsu объявил о намерении перейти на изготовление карьерных самосвалов, работающих на водороде. Liebherr делает ставку на мощность и грузоподъемность, полноприводную трансмиссию и блокировку как межколесных, так и межосевых дифференциалов. Scania предлагает беспилотные самосвалы, которые могут объезжать препятствия и производить разгрузку самостоятельно, а также развивает линейки HAGEN для перевозки скальных пород и ODIN для транспортировки угля. Российские эксплуатанты подтверждают: эти машины позволяют сократить общее количество автомобилей на линии без потери объемов перевозки, плюс минимизируют расходы на топливо и ремонт. Однако автоматизация и роботизация идут не только в сфере перевозки ископаемых. Hitachi начала разработку решений по беспилотному управлению сверхтяжелыми экскаваторами. Компании предполагают использовать технологии интернета вещей IoT. Что до первопроходца в сфере роботизации, компании Caterpillar, сегодня в линейке производителя есть беспилотные 220-тонные самосвалы 793.
Однако другие виды спецтехники также не остаются в стороне от современных технологических решений.
В 2021 году компания «ЧЕТРА» презентовала бульдозер Т-15 с дистанционным управлением для работ по добыче и производству калийных удобрений. Машина предназначена для использования на участках, где есть вероятность провалов грунта. Оператор может управлять бульдозером как в пределах прямой видимости, так и через систему видеонаблюдения, находясь в специальном помещении. Максимальная дальность приема сигнала – 1 000 метров. «Наша задача была не создавать принципиально новую машину, а установить систему дистанционного управления на серийную, чтобы бульдозером можно было управлять как на расстоянии, так и традиционно из кабины, – прокомментировал Владимир Антонов, исполнительный директор ООО «ЧЕТРА». В перспективе «ЧЕТРА» планирует расширять линейку бульдозеров с дистанционным управлением и устанавливать систему на машины тяжелого класса. Аналогичные машины производит и завод «ДСТ-Урал». В 2018 году успешно прошли испытания беспилотного фронтального погрузчика БЕЛАЗ-78250, управляемого с удаленного места оператора. Другие марки также внедряют искусственный интеллект на данном типе машин. Hitachi предлагает роботизированные экскаваторы. Komatsu испытывает беспилотный автомобиля водяного орошения карьерных дорог. Liebherr работает над платформой автономного управления парком техники смешанного состава.
Очевидно, что за управляемыми дистанционно и беспилотными карьерными машинами будущее. Экономическая выгода от использования такой техники в сфере добычи полезных ископаемых существенна, и это стимулирует ведущие предприятия пополнять свои парки роботами, однако ужесточение экологических требований тоже существенно влияет на создание новых моделей горной спецтехники. Производители, занимающие лидирующее положение на рынке добывающей промышленности, стремятся быть более социально ответственными и учитывают Парижское соглашение ООН как призыв к действиям по защите окружающей среды и использованию энергосберегающих технологий.
Например, Liebherr запустил программу Zero Emission Program с целью максимального сокращения выхлопных газов от спецтехники. На протяжении многих лет бренд внедряет решения по электрификации горной, землеройной и перевалочной техники: создает мощные электродвигатели для гидравлических экскаваторов и троллейные системы для карьерных самосвалов. К 2022 году значительная часть машин Liebherr сможет работать на экологичном топливе, а к 2030 году Liebherr планирует полностью перейти на альтернативные типы приводов. сегодня Liebherr предлагает самую полную линейку гидравлических экскаваторов в классах от 130 до 800 т с электроприводом – все они уже доступны в конфигурации с электромотором. В ближайшее время линейку пополнит модель R 9600, представленная на MINExpo-2021. Одним из решений задач в сфере снижения выбросов становится эксплуатация троллейвозов — горных самосвалов с дизель-электрическим приводом, конфигурация которых предусматривает возможность питания мотор-колес от внешнего источника электроэнергии. Очень активно в этой области работает Hitachi. Компания предлагает горнодобытчикам не только полноценные троллейвозы, но и вариант комплектации горных самосвалов, подготовленных для их дальнейшего переоборудования в троллейвозы. Кроме того, оценочные исследования Hitachi показывают, что в зависимости от профиля дорог использование троллей-машин позволяет снизить расход топлива в два раза, сократить общие эксплуатационные расходы примерно на 35%, а также уменьшить количество выбросов на 50%.
Таким образом, системы роботизации и экологичные двигатели повышают рентабельность добычи полезных ископаемых, а в долгосрочной перспективе позволяют повысить производительность.
Шахтная техника
Несмотря на то что новинки техники для открытого способа добычи привлекают гораздо больше внимания профессиональной и широкой публики, именно подземные разработки идеально подходят для внедрения дистанционно управляемой и роботизированной техники: буровых и дробильных машин, дробильно-измельчительного и сортировочного оборудования, гидравлических экскаваторов, подземных тягачей, самосвалов и погрузчиков.
Основная причина заключается в том, что в шахтах нет социальных и юридических факторов, сдерживающих роботизацию, проще ограничить доступ людей. Кроме того, выше уровень опасности, гораздо хуже условия труда и больше неизвестных в процессе разработки. При подземной добыче низкий коэффициент использования оборудования из-за сложностей ведения горных работ. Роботизация позволяет увеличить общую наработку машин за счет возможности эксплуатации во время межсменных интервалов и технологических перерывов. По данным Epiroc, увеличение коэффициента использования оборудования может достигать 20–25%.
Сегодня автоматизация и роботизация в российских шахтах идет довольно хорошими темпами. Здесь находят свое применение как технологии, используемые в других индустриях – камеры, Wi-Fi, 5G, промышленные протоколы передачи данных, лидары, лазеры, сканеры, программируемые контроллеры, так и технологии, разработанные специально для применения на подземных предприятиях. Ко второй группе относятся программные решения, самообучающиеся алгоритмы или алгоритмы с элементами искусственного интеллекта. Многие производители техники уже серийно выпускают решения с подобным функционалом.
Приведем также несколько примеров роботизированных машин для подземных работ.
Одна из современных машин на горнодобывающем рынке – беспилотный самосвал от Volvo для работы в шахтах с GPS-оборудованием и лазерными радарами. Cat также тестирует автоматические буровые установки и первую в мире автоматическую железную дорогу. Sandvik представила систему дистанционного управления в беспилотном режиме AutoMine Surface Drilling для интеллектуальных установок бурения. При этом в мире около 60 предприятий эксплуатируют автономное оборудование этого бренда для решения различных задач, а общее количество автоматизированных машин Sandvik в мире недавно превысило 500 единиц. Машина анализирует окружающую среду с помощью видео, радара, лидара и датчиков Bluetooth, затем данные обрабатывает специализированный блок дистанционного контроля горного оборудования.
Если говорить об отечественных предприятиях, процесс роботизации зачастую ограничен тем, что они выпускают супертяжелую технику, которую автоматизировать в разы сложнее. Тем не менее в качестве примера можно привести Завод бурового оборудования, который работает над современной установкой. Уже организован и отработан механизм контроля работы различных систем техники, теперь идет этап оснащения буровой установки искусственным интеллектом и настройка работы с участием человека. После этого будут внедряться безлюдные технологии.
Примеров подобной техники масса, к ней есть интерес. Не напрасно «Норникель», например, готовит к запуску технологию безлюдного рудника.
Тем не менее есть и ряд сложностей, сдерживающих роботизацию шахт. Во-первых, автономная, техника может применяться в процессах, не требующих глубокого анализа или решений, однако во многих процессах решение может принять только человек. Во-вторых, необходимость сегрегации зон работы роботизированной или дистанционно управляемой техники, а также процесс ее настройки, прокладывания маршрутов и алгоритмов в конкретной шахте требует много времени и ресурсов. В-третьих, роботизация предполагает глобальное обучение персонала, таких специалистов не хватает. Еще одна важная составляющая – надежная высокоскоростная связь и ограничения в распространении 5G-интернета.
Говоря о других глобальных трендах отрасли, отметим, что использование при подземном способе добычи техники с дизельными ДВС, конечно, приводит к загрязнению рудничной атмосферы вредными веществами. В связи с этим темы снижения выбросов, электрификации также актуальны. Ведущие производители шахтного оборудования постоянно совершенствуют машины в этом направлении.
В целом можно уверенно сделать выводы, что производительная и безуглеродная дистанционно управляемая и роботизированная техника будет востребована при разработке новых горизонтов и месторождений и даст максимальный экономический эффект. Вся инфраструктура и организация добывающих предприятий будет изначально строиться под современные требования. Однако на уже существующих точках добычи будет использоваться традиционная техника, соответствующая минимальным экостандартам. То есть в ближайшее десятилетие будут параллельно развиваться оба вектора: старый и новый. В свою очередь, горноразработчики будут выбирать уровень механизации в зависимости от условий конкретного месторождения и задач.
Российские месторождения в совокупности содержат около трети мировых запасов газа, 12% запасов угля, запасы железной руды составляют около 28%, значительную часть запасов цветных и редких металлов, алмазов.
В России открыто и разведано около 20 тыс. месторождений полезных ископаемых, из которых примерно 37% объектов используется в промышленном освоении. Таким образом, Россия традиционно в мире является одной из сырьевых стран.
