Самохідний гірничо-шахтний транспорт на пневмоколісному ходу

Самохідний гірничо-шахтний транспорт на пневмоколісному ходу

Самохідне гірниче обладнання на пневмоколісному ходу

Самохідне гірниче обладнання (СДО) на пневмоколісному ходу - найважливіший сегмент устаткування, яке застосовується в багатьох галузях сучасної гірничо-видобувної промисловості. З'явившись порівняно недавно, всього кілька десятиріч тому, він значною мірою змінив технологію робіт, зробивши її більш продуктивною, безпечної, економічно ефективною. На прикладі вантажно-доставних машин (ПДМ), підземних самоскидів, спеціального транспорту особливо яскраво проявляється вплив технічного прогресу на гірське машинобудування.

Самохідне гірниче обладнання на пневмоколісному ходу сьогодні настільки звично, що вже важко повірити в те, що його історія налічує всього лише близько півстоліття.

"Перехід з традиційною технологією ведення гірських робіт зі скреперної доставкою гірничої маси на технологію з самохідним устаткуванням проходив непросто, тому що техніка ця для гірників була незнайомою, кваліфікованих кадрів не було, знаходилося місце та зневіри, і сумнівам.

За кордоном на підземних роботах самохідне гірниче обладнання (СДО) на пневмоколісному ходу (вантажно-доставочні машини (ПДМ), підземні самоскиди, бурові установки, допоміжні машини) використовується з 50-х років XX століття. У нашу країну ці машини прийшли з запізненням приблизно на десять років. Піонерами були Джезказганский ГЗК і Ачисайский поліметалічний комбінат, які й стали полігонами, справжньою всесоюзної школою освоєння самохідного устаткування. На території Російської Федерації СГО вперше почало застосовуватися (приблизно з 1965 року) на підземних рудниках Норильського гірничо-металургійного комбінату (нині ВАТ «ГМК« Норільський Нікель »). Спочатку це були вантажно-транспортні машини з ковшем і кузовом, оснащені пневмоприводом («Т4Ж», ​​«Каво 510», «МПДН» тощо), потім з'явилися самохідні бурові установки («СБУ-2М», «СБУ-2К», «Бумер-121», «Бумер-131» тощо), допоміжні машини для доставки вантажів («Флексітрак», «Джой-Скаут»). З часом дизельний привід практично повністю витіснив пневматичний. Сьогодні, через тридцять років, на рудниках Норильська зосереджений один з найбільших (якщо не найбільший) в Росії парків підземної самохідної гірничої техніки, що включає сучасні потужні гідрофіковані ПДМ, автосамоскиди, бурові установки, спеціалізовані допоміжні машини.

Яке місце займає СГО серед інших видів підземного транспорту. Чи можна говорити про його технологічної конкуренції з локомотивною або конвеєрної відкаткою, і якщо так, то хто виграє, в ретроспективі кількох останніх десятиліть?

При оцінці ефективності застосування того чи іншого виду транспорту слід виходити з виду корисної копалини (вугілля або руда), а також способу видобутку. Не можна сказати, який з цих видів краще в принципі, можна лише говорити про те, який краще підходить для конкретної шахти з конкретним способом видобутку та відкатки копалин. У вугільних шахтах, як правило, використовується транспорт на рейковому ходу, а в шахтах, де видобувають руду, все більшого поширення набуває пневмоколісний.

Якщо говорити про доставку гірничої маси в процесі очисних робіт на горизонтах підсічки або з прохідницьких вибоїв, де відстань доставки змінюється в міру посування вибою і важкі дорожні умови (грунт виробок нерівна, як правило, покрита породної чи рудної дрібницею, наявність ухилів і т. д ), то конкурентів у пневмоколісного самохідного підземного обладнання немає. На транспортних ж горизонтах (відкатних виробках) рейковий транспорт стає більш прийнятним і рентабельним. На ряді рудників (наприклад, калійних Верхньокамського родовища) широке застосування отримав конвеєрний транспорт.

Застосування самохідного пневмоколісного транспорту у видобутку корисних копалин підземним способом є всього лише одним з варіантів існуючих технологій. Застосування даної технології залежить від багатьох факторів. Її основна перевага полягає у мобільності. Звідси і існуюча конкуренція. Самохідний пневмоколісний транспорт дозволяє в стислі терміни почати експлуатацію шахти і видобуток руди. Особливо ефективним є застосування даної технології в рудниках з невеликими запасами руди. Її використання дозволяє реагувати на ситуацію на ринку шляхом регулювання собівартості видобутку. Ресурс рейкового транспорту у багато разів перевищує ресурс самохідної техніки. Тому він ефективний у рудниках, де запасів руди вистачить на багато десятиліть.

Які ж об'єктивні фактори сприяють збільшенню інтересу до ПДМ, підземним навантажувачів та підземним самоскидів з боку гірничо-видобувних організацій, а які, навпаки, його знижують?

По-перше, за допомогою цих машин вдається підвести безпосередньо до забою значну потужність, яка потім «конвертується» і у велику вантажопідйомність і, отже, у високу продуктивність вантажно-транспортних машин.

По-друге, самохідного транспорту на пневмоколісному ходу притаманні висока прохідність, маневреність і мобільність. Не прив'язаний ні до рейок, ні до канатів (як скреперні лебідки) він має по суті справи необмеженою свободою дій і, у міру необхідності, може легко перекидатися з однієї ділянки на іншій.

По-третє - універсальність - здатність виконувати великий не тільки за обсягом, але і за різноманітністю вирішуваних завдань, коло робіт. Основна «обов'язок» ПДМ - вантажити і транспортувати руду і породу, але вони також перевозять матеріали, обладнання, елементи кріплення, можуть виступити в ролі тягача і т. д.

Відзначивши гідності дизельного самохідного пневмоколісного транспорту, необхідно також сказати і про проблеми, які супроводжують його експлуатацію. Найгостріша з них - необхідність очищення вихлопних газів. Вирішується вона двома шляхами - спалюванням палива в розділених камерах згоряння циліндрів і застосуванням каталітичного і рідинного нейтралізаторів, що знижують вміст шкідливих для здоров'я людини компонентів вихлопних газів дизельних двигунів. Але, незважаючи на таке очищення, у виробки необхідно подавати додаткову кількість свіжого повітря для розрідження шкідливих компонентів у рудниковому повітрі до допустимої концентрації.

Ще один недолік самохідного транспорту - пожежонебезпека, а значить, необхідність наявності ефективної автоматичної системи пожежогасіння. Певну небезпеку в цьому плані представляють не тільки самі дизельні машини, а й підземні склади ПММ та заправні станції. Взагалі, організація під землею такого господарства потребує вирішення низки дуже складних технічних завдань, зокрема, доставки під землю у великих кількостях дизельного палива і ПММ.

Чи існують суб'єктивні фактори (традиції, якісь усталені помилки і т.д.), що перешкоджають зростанню ролі ПДМ і підземних самоскидів?

У XXI столітті навряд чи доводиться говорити про традиції, тільки прагматизм і економічна ефективність є визначальними факторами у виборі технологій.

Вибір обладнання першу чергу визначається не традиціями, а прийнятими системами розробки. Так, наприклад, на «негазових» Джезказганский рудниках камерно-стовпова система дозволяє здійснювати безпосередньо в забоях навантаження гірської маси екскаваторами у великотоннажні автосамоскиди, тягачі з причепами, самохідні вагони та інші транспортні засоби, які з відносно високою швидкістю по горизонтальних трасах транспортують її до місць розвантаження. У той же час при відпрацюванні малопотужних покладів на норильських рудниках потрібно «низькопрофільне» самохідне обладнання висотою менше 1,7 м, а умови їх експлуатації характеризуються наявністю значних ухилів, газовим режимом, стисненістю гірських виробок, високої абразивністю порід і т. п.

Особливості експлуатації СГО в Росії

Якщо порівнювати Росію і СНД, з одного боку, та інші країни, які ведуть гірничо-видобувні роботи у великих обсягах, - з іншого, чи можна говорити про якісь відмінності в підходах до використання ПДМ і підземних самоскидів: чи розрізняється «питома вага» цього виду підземного транспорту в загальному обсязі відкатки, чи існують якісь принципові відмінності в організації робіт?

У Росії поки парк СГО формується головним чином за рахунок імпорту. За якими параметрами вітчизняні машини програють зарубіжним? А, може бути, відставання російської та країн СНД продукції в цьому сегменті це міф і ніякого відставання немає і в помині?

"Вітчизняна продукція не відстає - її просто немає в тому вигляді, щоб можна було говорити про якусь конкуренції з імпортом.

На території СНД шахтні самоскиди виробляє один завод, а ПДМ - два заводи. Випускаються ними машини конструктивно застаріли, та й якість зборки залишає бажати кращого. Їхній головний козир - дешевизна. Починаючи з 1995 року багато приватні підприємства намагалися освоїти виробництво даної техніки, але на сьогоднішній день мені відомо тільки два, не згорнули ці проекти. Одне з таких підприємств наше.

Вітчизняна продукція не відстає - її просто немає в тому вигляді, щоб можна було говорити про якусь конкуренції з імпортом. Тим не менш, випробування наших машин показали, що МПД-4 - це перша конкурентоспроможна ПДМ, спроектована і виготовлена ​​на території СНД. Це оцінили і конкуренти. Але щоб зайняти гідне місце в одному ряду з провідними світовими виробниками, ще необхідно багато працювати.

Чому в Росії поки не виходить зробити підземний навантажувач, вантажно-доставних машину або підземний самоскид світового рівня? Питання майже риторичне, аналогічний тому, «чому продукція російського« автопрому »поступається кращим зарубіжним зразкам?». Так, в Росії хороші інженери і конструктори - точно вже ні в чому не поступаються західним. Мабуть, щось не «спрацьовує» на рівні організації. А потім потрібні чималі фінансові вкладення, які далеко не відразу принесуть віддачу. Хто готовий піти на ці вкладення?

Головне, у чому російське устаткування програє краще закордонному, - це надійність. Якщо порівнювати інші параметри - продуктивність, економічність, умови роботи оператора, то тут перевага імпортних машин теж у наявності. Але найважливіше - це все-таки низька надійність, особливо нестерпна в підземних умовах.

Сьогодні вітчизняних машин на рудниках дуже і дуже мало не лише серед ПДМ і підземних самоскидів, а й іншої техніки, бурової, наприклад. Наші машини просто не витримали конкуренції. Був період, коли їх досить активно розробляли, випускали дослідні зразки. Але більшість цих зразків так і не зуміло перетворитися на затребувану серійну машину.

Чи існують якісь «специфічні» проблеми, пов'язані з безпекою експлуатації ПДМ і підземних самоскидів; як вони вирішуються?

Оскільки праця гірника стає потенційно все більш небезпечним через що погіршуються гірничо-геологічних умов, машина повинна оберігати оператора від проблем, з цим пов'язаних. Обов'язково повинен бути забезпечений високий комфорт (звукоізоляція, очищення повітря, температура). Причому комфорт не як самоціль, а як фактор, що сприяє як більш високої продуктивності, так і уважності оператора, в кінцевому рахунку, впливає на ту саму безпеку. Безпека оператора - це і максимальний огляд, і надійна кабіна. Наприклад: кабіна і зверху, і збоку витримує удар до 10 т.

Технічний прогрес - основні напрями

В якому напрямку рухається технічний прогрес у галузі створення СГО? Чи є ще (і якщо є, то який і в чому) ресурс для вдосконалення ПДМ і підземних самоскидів? Якими були ці машини 30-20-10 років тому, якими мають стати в найближчому і віддаленому майбутньому?

За новими ідеями і конструктивними рішеннями йде справжня гонка.

Можливості для вдосконалення підземної техніки будуть завжди. У першу чергу це стосується системи приводу - двигунів, КПП, мостів, а також електроніки. Наприклад, майже всі машини PAUS можуть за бажанням замовника комплектуватися дистанційним управлінням основних функцій машини або відеокамерами.

З того моменту, коли був проведений перший у світі підземний навантажувач (а придуманий і зроблений він був компанією Wagner Mining Scoop co., З 1989 входить до складу Atlas Copco і нині носить назву Atlas Copco Rock Drills AB), минула ціла епоха - з'явилися матеріали з принципово новими властивостями, вчинені електроніка і автоматика. І всі ці досягнення науково-технічної революції, помножені на зміни в мисленні людей, а воно стало більш екологічним, соціально орієнтованим.

В кінці 40-х - початку 50-х брати Вагнера Еді і Елмер винайшли першу повнопривідну машину з рамою і дизельним приводом. У якійсь мірі вона послужила плацдармом для подальших розробок. І в 1958 році був створений перший навантажувач для підземних робіт на пневмоколісному ходу, а двома роками пізніше, в 1960-му, представлений перший повнопривідної самоскид для підземних робіт MT-10. Вже через рік з'являється шахтний самоскид з оснащеним виштовхувачем кузовом Teletram. У 1963 остаточно визначається концепція ПДМ (Scooptram ST-5)

Сьогодні нові моделі обладнання повністю комп'ютеризовані. (Приклад такої самої сучасної машини - навантажувач наступного року ST14). Комп'ютеризація, автоматизація, насичення електронікою - це не данина моді, а нагальна необхідність. Якщо раніше стояло завдання позбавити людину від важкої фізичної праці, то комп'ютер істотно полегшив і зробив на порядок більш ефективним процес прийняття рішень. З його допомогою підбирається оптимальний з точки зору продуктивності, економічності та безпеки режим роботи машини (причому неважливо, якої машини - бурового верстата, підземного навантажувача або самоскида). Він одночасно відстежує і обробляє величезний масив інформації (витрата палива, стан основних вузлів машини, гірничо-геологічні умови, відстані і т.д.), - людині (оператору) залишається головним чином функція контролю.

Перспективи розвитку самохідного підземного транспорту на пневмоколісному ходу проглядаються дуже ясно. У першу чергу, це максимально можлива автоматизація операцій. Дійсно, автоматика повинна взяти на себе значну частину функцій, які сьогодні виконує оператор. Зведення до мінімуму впливу «людського фактора» - недолік кваліфікації, досвіду, швидкості реакції, настрої, нарешті, дозволить повною мірою використовувати закладений в устаткування потенціал.

Для того щоб координувати роботу все більш ускладнюється автоматики; щоб забезпечувати контакт машини і людини, і машина, незважаючи на «делегування» їй все більшого числа функцій, залишалася слухняною і легко керованою, потрібна комп'ютеризація. Крім того, комп'ютер дозволяє здійснювати контроль стану вузлів машини, проводити їх швидку діагностику. Образно кажучи - постійно «тримати руку на пульсі». Чіткий облік ресурсу дозволяє регулювати обсяг запчастин на складах, виключати непередбачені зупинки виробництва через несподіваного виходу обладнання з ладу. Ті, хто, заради миттєвого економії або бажаючи спростити собі життя, знявши з себе турботи про обслуговування автоматики і комп'ютерів, відмовляються від них, - роблять велику помилку. Відступати в дрімучість ніяк не можна.

У більш далекій перспективі на все більших масштабах має використовуватися дистанційне керування. Це насправді не фантазія, а сама що ні на є гостра необхідність. І чим далі, тим більше. Пов'язано це з тим, що гірничо-геологічні умови постійно ускладнюються - все біднішими стають руди, і найголовніше - більш небезпечними умови праці гірників. Щоб звести цю небезпеку до мінімуму, і необхідно дистанційне управління, яке позбавить людину від необхідності постійного перебування в особливо небезпечних зонах. Причому можливо не тільки дистанційне керування з-під землі, але і з поверхні. Вже зараз, наприклад, при розробці залізорудних родовищ в шведській Кіруні подібні технології використовуються в тій чи іншій мірі.

На рудниках, де є проблеми при доставці, або необхідність виходу у відкрите очисне простір, для більшої безпеки використовують дистанційне управління на доставку. Це успішно освоєно на руднику Фрііпорт (Індонезія), де часті грязьові прориви, руднику Нортспаркс (Австралія), руднику Фінч (ПАР), (рис.3, 4). Пункт дистанційного управління може бути розташований на транспортному обрії, на поверхні копальні, і в принципі на будь-якому віддаленні від місця виробництва гірських робіт. Тут відкриваються цікаві перспективи створення високопродуктивного дистанційно керованого або автоматизованого підземного рудника. При дистанційному управлінні навантаженням гірської маси з'являється реальна можливість застосування низьковитратних систем розробки з самообвалення руди на більшості потужних родовищ, що відпрацьовуються в даний час за допомогою більш дорогих методів підземного видобутку.

"Оскільки праця гірника стає потенційно все більш небезпечним через що погіршуються гірничо-геологічних умов, машина повинна оберігати оператора від проблем, з цим пов'язаних.

"Безпека - це, може бути, найважливіший фактор, що приймається до уваги при проектуванні нової машини.

Ще один важливий напрямок технічного прогресу - спеціалізація. Як приклад, обладнання для низьких виробок. Низькопрофільні машини дозволяють відпрацьовувати пласти малої потужності, ефективно працювати в обмежених умовах.

І обов'язково - підвищення надійності машини. Надійність в даному випадку мається на увазі безвідмовність, ремонтопридатність, довговічність.

Важливо, щоб «зростали» не тільки виробники, а й ті, хто їх техніку експлуатують. Чим вище технічний рівень машини, тим більше високої культури експлуатації вона вимагає. Ремонтні ділянки самохідного устаткування повинні бути оснащені приладами для діагностики, мати склади з незнижуваним запасом запчастин, необхідно підтримувати на належному рівні стан доріг (від них багато в чому залежать надійність обладнання та швидкість, а отже, продуктивність).

Більш ефективними стають системи контролю, завдяки застосуванню автоматики та електроніки.

У листопаді 2004 року у Вашингтоні був підписаний Меморандум про взаєморозуміння між Геологічною службою США і МДГУ щодо науково-технічного співробітництва в галузі наук про землю, і на його основі було створено і затверджена обома сторонами Програма спільних наукових досліджень. В одному з розділів Програми передбачається інтенсифікація впровадження в гірське виробництво безпечних та екологічно чистих технологій на базі найбільш досконалої сучасної техніки.

В усіх провідних гірничодобувних країнах, у галузі підземної розробки рудних родовищ пріоритетним напрямком розвитку ефективних технологій при опрацюванні потужних покладів вважається перехід на видобуток руди системами розробки з самообвалення руди. Це одна з найбільш механізованих і високопродуктивних систем розробки, що дозволяє розвивати річну продуктивність до декількох мільйонів тонн руди.

Забезпечення високої продуктивності при відпрацюванні очисних блоків стало можливим завдяки появі потужної самохідної техніки на випуску, доставці та транспорті гірської маси. Тривалий час стримуючим чинником широкого впровадження потужних самохідних машин була сильна загазованість підземних виробок вихлопними газами від дизельних двигунів працюючих машин. В якості засобів боротьби з газами намагалися збільшити кількість повітря, що подається для провітрювання, однак це міра далеко не завжди ліквідує небезпечні концентрації газів, маючи обмеження по швидкості руху повітря у виробках, до початку пилоутворення.

Найбільш ефективним вирішенням цієї важливої ​​екологічної та виробничої завдання стало застосування на машинах, в каналах вихлопу газів, спеціальних газопоглотителем, розроблених на основі досліджень складних каталітичних процесів, що відбуваються на металевих поверхнях, покритих платиною або платиноїдів. З появою платіноідних газонейтралізаторов, що встановлюються на гірському доставочної і транспортному устаткуванні, з'явилася можливість забезпечити високу концентрацію гірничих робіт на одному або декількох горизонтах рудника, чим суттєво знизилася собівартість очисних робіт.

Рис. Еволюція вантажно-доставних і транспортних машин

Цікаві етапи розвитку вантажно-доставочної техніки (ПДМ), і відповідно до цього відкриваються нові можливості її ефективного використання. За кілька десятиліть відбулися великі зміни в конструкціях ПДМ: збільшилися обсяг ковша, вантажопідйомність, змінилися габарити: ківш став ширше, а висота машини - менше. На малюнках 1,2 наведені етапи еволюції ПДМ за останні 30 років і одна з останніх моделей ПДМ зі збільшеними розмірами ковша.

При навантаженні рудної маси потужні ПДМ, проникаючи в навалювання руди і піднімаючи ківш, виробляють струшування випускається рудного стовпа, повністю ліквідовуючи цим які-небудь зависання або змерзання шматків руди в північних умовах, викликаючи перетирання шматків у сусідніх пунктах випуску. При цьому істотно знижується небезпека куполообразованія, зависання і заклинювання шматків руди у випускних воронках.

На рудниках, де є проблеми при доставці, або необхідність виходу у відкрите очисне простір, для більшої безпеки використовують дистанційне управління на доставку. Це успішно освоєно на руднику Фрііпорт (Індонезія), де часті грязьові прориви, руднику Нортспаркс (Австралія), руднику Фінч (ПАР). Пункт дистанційного управління може бути розташований на транспортному обрії, на поверхні копальні, і в принципі на будь-якому віддаленні від місця виробництва гірських робіт. Тут відкриваються цікаві перспективи створення високопродуктивного дистанційно керованого або автоматизованого підземного рудника. При дистанційному управлінні навантаженням гірської маси з'являється реальна можливість застосування низьковитратних систем розробки з самообвалення руди на більшості потужних родовищ, що відпрацьовуються в даний час за допомогою більш дорогих методів підземного видобутку.

Сучасна ПДМ фірми TORO з основними технічними параметрами, але різноманітність їх модифікацій зараз дуже велике.

Габаритна ширина × висота, мм: 3710 × 3161

Висота з піднятим кузовом, мм: 7370

Вантажопідйомність, т: 24

Місткість ковша, м3: 10

Типорозміри і характеристики ПДМ фірми Toro (Фінляндія) наведені в таблиці 1.

Таблиця 1.

Вантажно-доставочні машини фірми TORO.

Вантажопідйомність різних типів машин фірми Atlas Copco (Швеція) наводиться в таблиці 2.

Таблиця 2.

З представлених малюнків і таблиць видно, що сучасні вантажно-доставочні машини в стані переміщати руду з значущістю шматка до 6 м ^3. Це істотно знижує обсяг вторинного дроблення на транспортних горизонтах, чим значно підвищується безпека ведення гірських робіт. Крім того, великі розміри ковша дозволяють конструювати підстави блоків з широкою горловиною випускний воронки, і використовувати плоске днище на доставці руди.

Таким чином, з'являється можливість відпрацьовувати блоки підвищеної поверховості, не створюючи небезпеки забруднення повітря на транспортних горизонтах. Головною перевагою застосування систем розробки з самообвалення руди та використанням дистанційно керованої самохідної техніки з платіноіднимі каталізаторами є мінімізація числа інженерно-технічного і робочого персоналу на підземних гірничих роботах, чим знижується ризик виробничого травматизму і підвищується безпека підземних гірничих робіт.

Література

1. Є.В. Кузьмін, М.М. Хайрутдинов, Д.К. Зіньків. Основи гірничої справи. М., 2007, Вид. АртПрінт, 470с.