Обзор горного оборудования, систем и методов: подземная добыча

Верхозин С. С., вед. аналитик, канд.филол.наук
АО «Иргиремет»

Основными тенденциями в производстве горного оборудования на ближайшие несколько лет останутся разработка и внедрение новых технологий с ориентиром на автоматизацию и роботизацию; на защиту окружающей среды, в частности сокращение выбросов СО2 за счет перехода на использование техники на электроприводе, а также гибридные решения; безопасность — самого оборудования и работников. Конечной же целью развития по всем перечисленным направлениям является повышение эффективности, производительности и, следовательно, экономичности горных работ и рентабельности предприятия в целом.

 

Погрузка и транспортировка

В 2018 г. немецкая компания GHH Fahrzeuge начала производство погрузочно-доставочной машины LF14 грузоподъемностью 14 т, оснащенной дизельным двигателем Volvo мощностью 285 кВт (стандарта EPA Tier 3/EU Stage IIIA) с водяным охлаждением. Вместительность ковша нового погрузчика составляет 9 м3, высота подъема — 5,5 м, время подъема полностью загруженного ковша — 7 сек. Машина способна развивать скорость более 26 км/ч, разгрузка занимает около 2 сек. Также LF14 отличается компактной конструкцией: общая длина погрузчика — 11 м, высота до крыши кабины — 2,4 м.

Лидер отрасли, компания Sandvik, пополнил линейку интеллектуального оборудования, выпустив вторую погрузочно-доставочную машину i-серии Sandvik LH621i, оснащенную высокоэффективными гидравлическими элементами, обеспечивающими высокую скорость заполнения ковша, и мощной трансмиссией. Машина отличается надежной конструкцией, надежными компонентами с большим сроком службы, низкими эксплуатационными расходами в расчете на тонну материала. В стандартной комплектации LH621i поставляется с топливосберегающим двигателем мощностью 352 кВт (стандарта Stage II/Tier 2), более производительным двигателем 375 кВт (стандарта Stage IV/Tier 4 Final) со сниженным уровнем выбросов.

К современным цифровым средствам, устанавливаемым на погрузчике Sandvik LH621i, можно отнести систему интеллектуального контроля, узел обработки данных Knowledge Box, которые обеспечивают мониторинг состояния оборудования, а также быстрое решение возникающих технических проблем. Кроме того, машина готова к автоматизации при помощи вспомогательной системы Sandvik AutoMine, установка которой занимает всего несколько дней.

Не отстают от Sandvik и другие производители. Так, компания Epiroc объявила о запуске второго поколения горной техники с электрическим приводом, использование которой обеспечит снижение эксплуатационных расходов и улучшит рабочие условия и безопасность на подземных рудниках. В линейку новой техники входят две модели погрузочно-доставочных машин — на 14 и 18 т, самосвал с шарнирно-сочлененной рамой грузоподъемностью 42 т, а также несколько разновидностей буровых станков — для обуривания забоя, бурения в очистных выработках и укрепления горных пород.

В продолжении темы горной техники на электроприводе следует отдельно отметить американскую компанию Artisan Vehicles (в 2019 г. была приобретена и вошла в подразделение погрузочно-доставочного оборудования Sandvik Mining and Rock Technology). В 2018 г. она выпустила новую погрузочно-доставочную машину A10 грузоподъемностью 10 т для подземных горных работ, ставшую третьей моделью горной техники в линейке компании наряду с погрузчиком A4 и самосвалом Z40, которые уже используются на рудниках по добыче золота Macassa и Taylor компании Kirkland Lake Gold. Погрузчик работает на двух электродвигателях с общей мощностью 540 кВт и крутящим моментом 4,1 тыс. Нм, оснащен новой тормозной системой с возможностью регенерации электроэнергии, автоматической системой смены аккумуляторов.

Эффективность эксплуатации современной техники можно увеличить посредством современных вспомогательных систем и обеспечения, например, комплексной системы измерения веса (англ. Integrated Weighing System, IWS), разработанной Sandvik. Система предназначена для оптимизации полезной грузоподъемности, планирования, повышения качества эксплуатации самосвалов для подземных работ. Она отображает конкретный вес породы в кузове в процессе погрузки, контролирует степень загрузки, предупреждает о достижении оптимальных показателей.

Компания Newtrax совместно с Sandvik разрабатывает новое комплексное решение по повышению безопасности, эффективности и производительности горных работ. Стороны планируют объединить систему диспетчеризации Sandvik OptiMine® с беспроводной IoT-сетью передачи данных Newtrax, что обеспечит доступ ко всей необходимой информации из одного источника, предоставит возможность проводить мониторинг в режиме реального времени, отслеживать состояние машин, персонала и рабочих условий, выполнять предиктивный анализ для повышения производительности. Комплекс планируется задействовать на нескольких рудниках, первым заказчиком стала компания Sindesar Khurd, входящая в состав горнодобывающего холдинга Hindustan Zinc.

Компания Micromine выпустила новое программное обеспечение, входящее в комплекс Pitram, для повышения точности и эффективности погрузочно-доставочных работ на подземных рудниках. ПО работает на основе систем компьютерного зрения, глубокого машинного обучения и бортовых камер, размещаемых на технике и фиксирующих различные показатели: время погрузки, транспортировки и разгрузки, продолжительность холостого хода. Видеопоток поступает на бортовое вычислительное устройство, после чего передается на серверы для последующей обработки и анализа. Благодаря полученной таким образом информации выделяются области повышения эффективности и безопасности эксплуатации подземной горной техники. Технология Micromine прошла испытания в Австралии, Монголии и России.

 

Бурение

Epiroc выпускает широкий спектр гидравлических буровых установок, в том числе для бурения глубоких скважин, с функциями дистанционного контроля (например, Simba S7, рис. 2). В компании свою продукцию позиционируют как гибкое в эксплуатации оборудование, готовое к автоматизации и рассчитанное на использование в ограниченном пространстве и сложных условиях работы. Такое определение скрывает за собой несколько систем, повышающих точность, эксплуатационную легкость, безопасность.

К числу подобных решений в первую очередь необходимо отнести систему управления буровой установкой (англ. Rig Control System, RCS). В ее состав входит несколько подсистем, например, по работе с планом бурения (англ. Drill Plan Handling), которые позволяют повысить точность бурения скважин за счет использования цифровых планов буровых работ, загруженных в RCS. В этой связи также можно выделить систему манипулирования буровыми штангами, систему обнаружения пустот, систему автоматической остановки в случае выхода из породы, систему управления стрелой (позиционирования в соответствии с заранее заданными параметрами) и т.д.

Одно из центральных мест в автоматизации горного оборудования Epiroc занимает Certiq — телематическая система, которая собирает, сравнивает и передает важнейшие данные об оборудовании. Благодаря ей оператор получает возможность отслеживать все происходящие с техникой изменения, получать необходимую информацию в удобном месте и в удобное время.

Двумя продуктами отметилась компания Sandvik. Во-первых, это новый комплект модернизации подземных буровых станков для проходческих работ — DD422i и DD422iE, предназначенный для обеспечения непрерывной работы техники. В его состав входит три средства, устанавливаемые как комплексно, так и по отдельности:

- новая система предупреждения столкновения стрелы, функционирующая на базе специальной модели динамического расчета траектории;

- полуавтоматическое устройство смены буровых коронок;

- система дистанционного контроля бурения, позволяющая руководить процессом удаленно, например с поверхности.

Во-вторых, Sandvik выпустила буровую коронку Speedy Bit, гарантирующую высокую точность забуривания и качество шпуров. Скорость бурения до 10% выше по сравнению с буровыми аналогами. Применение твердого сплава PowerCarbide дает коронке ощутимые преимущества, при этом заостренная форма штырей позволяет увеличить скорость бурения за счет более глубокого проникновения с каждым ударом перфоратора. Благодаря запатентованной выпуклой конструкции фронтальной части коронки порода разрушается на двух уровнях, улучшается промывка, а глубокие канавки обеспечивают быстрое удаление крупного бурового шлама. Коронки Speedy Bit выпускаются трех диаметров: 45, 48 и 51 мм.

Благодаря использованию гидроприводных систем бурения Wassara шведской компании LKAB на своих предприятиях по добыче железной руды удается экономить около 800 тыс. долл. США в год. Кроме рудников LKAB, данная технология сегодня используется на предприятиях по добыче меди Andina и San Geronimo в Чили, железной руды Rana Gruber в Норвегии, свинца и цинка McArthur River в Канаде.

Действие технологии Wassara, а именно работа погружного ударника, основано на использовании воды под повышенным давлением, обеспечивающей высокую частоту и энергию удара. Когда вода выходит из гидроударника, она имеет значительную скорость и выносит буровой шлам на поверхность, очищая скважину.

К основным преимуществам решения Wassara относится:

- повышенная точность (типичное отклонение скважины составляет менее 1%; позволяет эффективно бурить скважины меньшего диаметра);

- низкая себестоимость при высокой производительности (эффективная проходка, сниженное потребление энергии, контроль разрушения породы, увеличенный срок службы);

- более безопасное и надежное бурение (низкая скорость воды минимизирует воздействие на окружающие формации, вода безопасно вымывает выбуренную породу на поверхность);

- высокие и гибкие эксплуатационные характеристики (высокая скорость бурения благодаря эффективности, большей частоте, 3600 ударов в минуту, и постоянной силе удара);

- меньшее воздействие на окружающую среду (гидроприводная технология снижает загрязнение, поскольку не используется масло для смазки ударника).

В 2018 г. компания Northern Star Mining Services (NSMS, собственное технологическое подразделение австралийской золотодобывающей компании Northern Star Resources, NSR) на одном из рудников в Западной Австралии внедрило систему Production Optimiser, разработанную фирмой Minnovare. Система предназначена для снижения количества отклонений при бурении скважин взрывных работ, снижения крупности отработанной породы и т.д. Она была установлена на три станка бурения глубоких скважин на одном из объектов NSR.

Система Production Optimiser работает независимо от бортовых систем, обеспечивая повышенную скорость, точность и надежность работы. Одновременно станок оснащается мобильным интерфейсом Minnovare CORE, который автоматически регистрирует данные по бурению.

Спустя два месяца после внедрения Production Optimiser на объекте NSR количество метров бурения в сутки выросло в среднем на 100 благодаря сокращению времени, затрачиваемого на установку станков и повторное бурение; были также улучшены прочие показатели предприятия, в том числе рентабельность: в пересчете на 12 месяцев новый подход позволил увеличить золотодобычу примерно на 0,15 т, то есть принес дополнительный доход в размере 8,4 млн австр. долл.

Система Production Optimiser была успешно внедрена еще на одном объекте — руднике по добыче золота Cracow (Австралия) компании Evolution Mining — и обеспечила существенное снижение уровня разубоживания руды — с 29,8 до 11,7% за полгода.

Mining3 при участии компании-производителя бурового оборудования Robit и Государственного объединения научных и прикладных исследований (англ. Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO) занимается разработкой системы измерения отклонения скважин ударно-поворотного подземного бурения. Новое решение, U-sense, станет своего рода модернизированным вариантом системы автоматизированного позиционирования штанги S-sense (измеряет прямизну эксплуатационных ударно-поворотных скважин, пробуренных с поверхности), однако рассчитанным на подземную добычу. U-sense будет представлять собой специальную капсулу, устанавливаемую в адаптере между буром ударного бурения и буровой трубой. Оно будет анализировать направление буровой скважины в момент извлечения бура, а затем передавать полученные данные по беспроводному соединению на планшет, установленный в кабине буровой установки.

 

Вспомогательное оборудование

Компания Sandvik начала выпускать новую серию анкероустановщиков DO600, которые «станут первым шагом на пути к автоматизации процесса». По сравнению с предыдущими моделями анкероустановщиков, Sandvik DO600 обладает увеличенным на 40% интервалом сервисного обслуживания, что до 30% снижает производственные издержки. Модели анкероустановщиков различаются длиной раздвижки и глубиной бурения шпуров, что позволяет использовать их для различных задач. Гибкость применения достигается благодаря широкому выбору распорных плит, буровых головок и входных коллекторов.

Немецкая компания Paus выпускает машины серий Universa и MinCa. Серия Universa — грузовые средства универсального применения, позволяющие решать любые транспортные задачи в подземных условиях. На базовом самоходном шасси Universa можно монтировать различные типы сменных кассет: платформу с ножничным подъемником, бетономешалку, дизельный генератор, топливные цистерны.  MinCa — серия машин для перевозки персонала и материалов, а также особых грузов. Доступны следующие типы кассет: кассета для перевозки взрывчатых веществ, цистерна, пожарная машина, грузовая платформа с краном-манипулятором, машина для сервисного обслуживания.

Компания Normet предлагает инновационную систему транспортировки материалов в горных выработках — Multimec, позволяющую оператору выполнять различные виды работ, используя одно транспортное средство. Система состоит из серии кассет, каждая предназначена для определенной цели и устанавливается на универсальное шасси (смена кассет производится в течение минуты). Скорость передвижения машины Multimec достигает 25 км/ч по прямой и 9 км/ч при подъеме по уклону 1:7. На машину можно установить одну из следующих разновидностей кассет: кассету с краном, кассету ГСМ, топливную, противопожарную кассету, кассету-бетоносмеситель.

В 2018 г. компания Putzmeister запустила в производство два новых образца оборудования торкретирования для подземных работ — механизированную систему набрызга торкретбетона Wetkret 4 и низкопрофильный автобетоносмеситель Mixkret 3.

Благодаря небольшому размеру ходовой части (ширина — 1,9 м, высота — 2,2 м) и сниженному радиусу поворота Wetkret 4 подходит для работы в небольших выработках. Машина оснащается двумя разновидностями торкрет-стрел с максимальным вертикальным подъемом 7,5–10 м, а также бетононасосом (максимальный объем бетонной смеси — 3 м3), обеспечивающим однородное торкретирование. Автобетоносмеситель Mixkret 3 подходит для использования на разработке тонких жил.

 

Комплексные системы горных работ

Центр совершенства горных инноваций (англ. Centre for Excellence in Mining Innovation, CEMI) работает над новым проектом, который может кардинально увеличить скорость подземной разработки месторождений.

Традиционный подход добычи на большинстве подземных рудников требует больших капиталовложений и времени, что снижает эффективность и скорость работы. С целью решения этих проблем специалисты CEMI в рамках первого этапа проекта разработали метод «быстрой отработки месторождения», так называемую навесную систему (англ. Mine Development Canopy System, MDCS), позволяющую защитить оборудование и операторов в процессе бурения и закладки взрывчатых веществ одновременно с установкой рудничной крепи.

Система сокращает время до начала подземной разработки рудного тела, расходы на подземные горные работы за счет повышения эффективности разработки в забое. MDCS представляет собой физический барьер, защищающий персонал и оборудование, работающих в забое, от обвалов и разрывов породы. Система состоит из трех отдельных навесов: передний навес защищает буровые станки и технику; промежуточный навес — работников; задний — оборудование и персонал, занятых (-ый) установкой рудничной крепи. Каждый из навесов немного меньше предыдущего, поэтому в процессе работы они могут складываться.

На данный момент ведутся испытания навесной системы, построенной в 2017 г., еще три будут установлены на одном из рудников в Канаде. Вторым этапом проекта станет поиск способа сокращения продолжительности цикла удаления отработанной породы. Работа над концептом подобной системы уже ведется.

Компания Torex Gold обнародовала сведения о своей инновационной системе подземной отработки Muckahi, реализуемой на руднике El Limon-Guajes в Мексике. Сообщается, что система прошла масштабные испытания, получила предварительную экономическую оценку разработки прилегающего месторождения Media Luna. Будет завершена к концу 2019 г.

Система Muckahi состоит из бурового станка, технической площадки, погрузочной машины и откаточного конвейера, организованных в непрерывный процесс. Ее внедрение, как отмечают в Torex Gold, ускорит окупаемость проекта, снизит требования к вентиляции за счет использования работающего на электроэнергии конвейера, облегчит электрификацию рудника, снизит объемы и сложность горных работ в целом (система может транспортировать материал под уклон ±30°).


-0+1
Просмотров статьи: 408, комментариев: 4       

Комментарии, отзывы, предложения

КАС, 10.05.19 12:46:10

А что у нас?

Практик, 13.05.19 07:08:32 — КАС

А у нас зато есть газ!

Сибиряк, 13.05.19 08:21:11

И в довесок мужики с неординарными мозгами!

123, 13.05.19 08:48:23 — Сибиряк, 13.05.19

Поддерживаю! Мужики с помощью кайла и чьей-то матери могут еще лучше землю копать. К тому же стоят намного дешевле всяких роботов.

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Обзор горного оборудования, систем и методов: подземная добыча»


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "один прибавить 1":

подписаться на комментарии