CC BY
648
© Ю.И. Лель, А.В. Захаров, 2011
УДК 622.242.27
Ю.И. Лель, А.В. Захаров
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ НОВЫХ МОДЕЛЕЙ БУРОВЫХ СТАНКОВ НА КАРЬЕРАХ УРАЛА
Рассмотрены вопросы обновления парка буровых станков и повышение эффективности шарошечного бурения на карьерах Урала. Приведены результаты исследований по оценке эффективности замены парка отечественных буровых станков на импортные дизельные станки для бурения технологических скважин. Установлены показатели энергетической эффективности бурения горных пород различными моделями станков. Обоснованы условия и перспективы применения импортных дизельных буровых станков на карьерах Урала.
Ключевые слова: буровое оборудование, буровой станок, диаметр долота.
~ИЪ настоящее время парк бурового
-Ж.} оборудования на крупнейшем горнодобывающем предприятии Урала -Качканарском ГОКе представлен станками СБШ-250МНА-32. С 2003 г. наблюдается тенденция снижения технико-экономических показателей бурения.
Учитывая необходимость обновления изношенного парка буровой техники (износ парка буровых станков составляет 88 %), высокие затраты на процесс бурения (затраты на буровые работы составляет 18 % от общих затрат на добычу руды и занимают третье место по удельному весу после экскавации (37 %) и взрывных работ (19 %), низкую производительность буровых станков по сравнению с импортными аналогами, в 2004 году в рамках «Программы модернизации буровой техники» был разработан проект замены парка бурового оборудования. Целью проекта являлось повышение производительности и снижение себестоимости бурения за счет замены буровых станков СБШ-250МНА-32 с электрическим приводом на дизельные станки импортного производства. Рассмотрена возможность приобре-
тения для испытаний станков следующих моделей:
1. Модель SKS. Производитель фирмы «Reedrill» (США).
2. Модель D-75KS. Производитель фирмы «Driltech Mission» (США).
3. Модель PV-270. Производитель фирма «Atlas Copco Drilling Solutions» (США).
При обосновании выбора модели бурового станка были произведены предварительные расчеты производительности и себестоимости буровых работ при использовании станков SKS и D-75 в сравнении со станками СБШ-250МНА-32. Установлено, что применением станков зарубежного производства в условиях Качканарского ГОКа приведет к увеличению производительности труда и, как следствие, к значительному сокращению затрат на заработную плату. В то же время из-за высоких затрат на дизельное топлива и запасные части их использование на бурении с применением шарошечных долот диаметром 250 мм экономически неэффективно. При увеличении диаметра используемых долот до 270 мм экономическая эффективность зарубежных станков растет и ста-
Сб,%6
іа
- -
-
^^2 Л -
- -
250
260
270
280
290
СІд, ММ
Зависимости себестоимости бурения от диаметра долота (расчетные данные): 1 - станки SKS; 2 - станки D-75KS; □ - станки СБШ-250МНА-32
новится сопоставимой со станками СБШ, которые технически не способны бурить такими долотами (см. рисунок). Значительный экономический эффект имеет дальнейшее увеличение диаметра долот при сохранении производительности бурения за счет обеспечения нужного усилия подачи и высокой производительности компрессоров.
В марте 2005 г. был поставлен на комбинат и запущен в эксплуатацию на Северном карьере первый станок SKS. По оценке специалистов завода-изготовителя отличительными характеристиками станка SKS являются:
- оптимальное соотношение между усилием подачи, крутящим моментом и скоростью вращения, что ведет к увеличению скорости бурения и производительности;
- структурная целостность, обеспечиваемая поперечными связями и усиленной прочностью основной рамы; устойчивая против скручивания конструкция мачты;
- трехточечная конструкция подвески ходовой тележки «плавающего типа», позволяющая преодолевать не-
ровности поверхности без передачи осевых скручивающих нагрузок на основную раму;
- четыре горизонти-рующих домкрата, увеличивающих устойчивость и обеспечивающих полное использование усилия подачи;
- один цилиндр и тросовая система подачи, обеспечивающие усилие подачи, равное усилию подъёма, простоту регулировки и снижение эксплуатационных затрат;
- гидравлически управляемая система свинчивания и развинчивания труб (НОВО), приводимая в действие из кабины и являющаяся наиболее эффективным механизмом для развинчивания тугих соединений труб;
- большая неподвижная задняя платформа, увеличивающая безопасность и обеспечивающая доступ к мачте и главной палубе во время всех буровых операций, включая бурение под углом;
- эффективная система пылеулавливания без подвижных частей, которая уменьшает износ и стоимость обслуживания.
Следует отметить, что в процессе освоения станка 8К8 на Качканарском ГОКе по горнотехническим и организационным причинам не все из продекларированных поставщиками преимуществ были реализованы и нашли подтверждение. В первые месяцы работы станка был выявлен ряд недостатков, самыми серьезными из которых являлись:
1. Дизельный двигатель
СиММІШ QST 30 не оборудован системой предварительной очистки топли-
ва, что привело к выходу из строя топливных насосов и простою станка.
2. Система водяного пылеподав-ления оказалась неработоспособна при отрицательных температурах, так как не предусматривала возможности обезвоживания при прекращении впрыска воды в воздушную магистраль.
3. Основным технологическим транспортом карьеров комбината является железнодорожный. Необходимость подготовки трасс для железнодорожных путей определяет жесткие требования к качеству проработки взрывом подошвы забоя. Это обеспечивается наличием слоя разрушенных пород в верхней части обуриваемого уступа высотой от 2 до 6 м. В таких условиях применение сухого пылеулавливания без впрыска воды и затирки стенок скважин вызывает «раздувание» верхней части скважины до диаметра 1,0-1,5 м. Значительное снижение устойчивости стенок скважин приводит к необходимости дублирования непригодных к взрыванию скважин в объеме 10-15 % от пробуренных. Таким образом, система сухого пылеудаления оказалась неприемлемой в условиях карьеров комбината.
Годовая выработка на одного машиниста на станке БКБ в 2006 г. составила 18215 п. м, что в 3,14 раза выше, чем на станках СБШ-250МНА-32. С учетом разного выхода горной массы с 1 п. м скважины при использовании долот различного диаметра производительность труда на станках БКБ в 3,67 раза превысила производительность на станках СБШ-250МНА-32.
Калькуляция себестоимости бурения станками БКБ и СБШ-250МНА-32 на Северном карьере комбината за 6 месяцев 2006 г. с разделением затрат на условно-переменные и условно-постоянные приведена в табл. 1.
Значительную долю в себестоимости бурения станками БКБ составляют затраты на дизельное топливо и масла. В период 2004-2009 гг. рост цен на дизельного топливо значительно опережал рост цен на электроэнергию.
Обозначим
Р
» = Р-’ «
э
где ц - соотношение между стоимостью дизельного топлива и электроэнергии, кВт-ч/кг; Рт - стоимость дизельного топлива, руб/кг; Рэ - стоимость электроэнергии, руб/кВт-ч.
За период с 2004 по 2008 гг. это соотношение увеличилось с 11,7 до 20,9 кВт-ч/кг, т. е. в 1,8 раза. Это привело к снижению конкурентоспособности мобильного дизельного оборудования по сравнению с оборудованием с электроприводом. В 2009 г. соотношение ц упало до 11,6 кВт-ч/кг, и экономические показатели бурения станками БКБ стали сопоставимы с показателями станков СБШ-250МНА-32. Вместе с тем, следует отметить, что равенство энергозатрат в стоимостном выражении данных моделей станков будет наблюдаться при ц = 4-^-5 кВт-ч/кг, что в современных экономических условиях обеспечить маловероятно.
Для оценки сравнительной энергетической эффективности станков СБШ-250МНА-32 и БКБ в июле 2006 г. был проведен промышленный эксперимент на горизонте +250 м Северного карьера в течение шести 12-часовых смен. Фиксировались средние скорости бурения, производительность и удельные энергетические затраты. Результаты эксперимента приведены в табл. 2.
Наиболее объективнее сопоставление энергетических затрат на бурение различными станками можно получить путем приведения расхода
Таблица 1
Себестоимость бурения шарошечными станками различных моделей
Показатель Ед. Модель станка
измер. СБШ-250МНА-32 8К8
Объем бурения п. м 147452 50463
Выход горной массы с 1 п. м скважины м3/м 23,2 26,8
Объем обуренной горной массы... тыс. м3 3421 1350
Статьи затрат
1. Условно-переменные руб/м3 7,64 9,62
В том числе:
шарошечные долота То же 2,97 2,21
трос. « 0,01 -
дизельное топливо « - 3,11
масла « 0,19 1,23
электроэнергия « 0,75 -
сменное оборудование (траки, буровые штан- « 0,34 0,78
ги)
запасные части и материалы (новые) « 0,52 0,94
запасные части собственного производства « 0,15 0,09
зарплата с начислениями « 2,71 1,25
2. Постоянные затраты руб/м3 5,28 4,17
В том числе:
текущий ремонт То же 1,29 0,06
содержание основных средств « 1,41 0,36
услуги автотракторного цеха « 1,01 0,74
общецеховые расходы « 1,20 0,49
амортизация « 0,37 2,52
Итого: руб/м3 12,92 13,79
Итого без амортизации руб/м3 12,56 11,26
электроэнергии и дизельного топлива к расходу первичных энергоресурсов, т. е. к «условному топливу» (у. т.). В отечественной практике в качестве условного топлива используется так называемый угольный эквивалент - 7000 ккал (29,3 мДж) - теплота, которая выделяется при сжигании 1 т высококачественного угля.
В соответствии с этим
^Эу т ^т, (2)
Юу.т Юэ kэ, (3)
где Юу.т - удельный расход условного топлива на бурение, кг/п. м, кг/м3; £т - коэффициент, учитывающий разницу удельной теплоты сгорания дизельного и условного топлива (kT = 1,437); Ют - удельный расход дизельного топлива на бурение, кг/п.м, кг/м3; юэ - удельный расход электроэнергии на бурение, кВт-ч/п.м, кВт-ч/м3; кэ - показатель, учи-
тывающий затраты условного топлива на получение 1 кВт-ч электроэнергии, г/ кВт-ч. Большинство авторов рекомендует принимать значение этого показателя в пределах 310-330 г/ кВт-ч. Однако эти цифры отражают реальное состояние отечественной электроэнергии в 19751990 гг., то есть в советский период. В настоящее время эффективность отечественной электроэнергетики (кэ = 397 г у.т/кВт-ч) в 1,23 раза ниже японской и в 1,11 раза ниже французской и американской .
В результате проведенного эксперимента установлено, что удельная энергоемкость бурения (кг у.т/п.м) станками SKS на11,9 % выше, чем станками
Валентинов В. Триединый передел //Советская России. 13.02.2003. - № 27 [12360].
Таблица 2
Энергетическая эффективность различных моделей станков шарошечного бурения (экспериментальные данные)
Показатель Ед. измер. Модель станка
СБШ-250МНА-32 8К8
Категория пород по буримости - 17 17
Диаметр долота dд мм 250,8 269,9
Время бурения Тб ч 72 72
Объем бурения Vб п.м 716 935
Сменная производительность станка Псм п.м/смену 119,25 155,75
Средняя скорость бурения vб:
линейная п. м/ч 9,94 12,99
объемная м3/ч 1,96 2,97
Выход горной массы с одного п.м скважин qг.м м3/м 23,0 27,5
Удельный расход электроэнергии юэ кВт-ч/п.м 19,44 -
кВт^ч/м3 98,43 -
Удельный расход электроэнергии на 1 м3 обурен- кВт^ч/м3 0,845 -
ной горной массы ю’э
Удельный расход дизельного топлива ют кг/п.м - 6,01
кг/м3 - 26,28
Удельный расход дизельного топлива на 1 м3 кг/м3 - 0,219
обуренной горной массы ю’д.т
Удельный расход условного топлива Юу.т кг/п.м % 7,72/100 8,64/111,9
кг/м3 39,08/100 37,76/96,6
%
Удельный расход условного топлива на 1 м3 обу- кг/м3 0,335/100 0,315/93,9
ренной горной массы ю’у.т %
СБШ-250МНА-32. В то же время объемная энергоемкость бурения дизельными станками (кг у.т/м3) на 4,6 % ниже, чем станками СБШ-250МНА-32.
Наиболее объективное сопоставление энергоемкости бурения можно получить по удельному расходу условного топлива на 1 м3 обуренной горной массы (см. табл. 2). Указанный показатель у станков SKS на 6,1 % ниже, чем у станков СБШ-250МНА-32. Таким образом, дизельные станки SKS обеспечивают не только более высокую производительность, но и характеризуются более высокой энергетической эффективностью по сравнению со станками СБШ-250МНА-32.
Эксперимент также показал наличие значительных резервов повышения производительности станков СБШ-250МНА-32, однако техническое состояние станка после эксперимента вызывает серьезные сомнения в возможности безаварийной работы в течение длительных периодов времени с такими нагрузками.
В начале 2007 г. комбинатом был приобретен станок D-75KS. За 9 месяцев 2007 г. станком D-75KS на Северном карьере было пробурено 75,3 тыс. п.м взрывных скважин.
Высокая производительность станка D-75KS обусловлена следующими факторами:
Таблица 3
Экономические показатели станков СБШ-250МНА-32 и D-75KS
Показатель Ед. измер. Модель станка
СБШ-250МН D-75KS
Объём бурения П. м 35400 75300
Статьи затрат: Технологические материалы руб./п. м 69,55 78,91
В том числе: шарошечные долота То же 69,28 78,91
троса « 0,26 -
Текущий ремонт и содержание основных « 62,2 48,03
средств В том числе масла и смазки « 4,47 18,18
Затраты на установленные по гарантии детали « - 5,98
Сменное оборудование (буровые штанги) « 1,38 5,77
Дизельное топливо « - 68,23
Электроэнергия « 19,61 -
Услуги автотракторного цеха « 30,52 24,71
Охрана труда « 0,20 0,09
Общецеховые расходы « 27,86 13,44
Амортизация « 82,5 88,02
Зарплата с начислениями « 56,35 30,37
Итого: затраты на 1 п. м скважины руб/п. м 350,17 363,91
Затраты на 1 м3 обуренной горной массы руб/м3 14,90 1 5 ,49
% 100 100
Таблица 4
Сравнительные показатели буровзрывных работ при использовании станков 5СБШ-200 и DP-1500
Показатель Ед. Модель станка
измер. 5СБШ-200 DP-1500
Диаметр скважин мм 215 127
Сетка скважин мхм 4x4 3x3 3,5х3,5
Высота уступа м 6,5 6,5 6,5
Глубина скважины м 8 8 8
Величина перебура м 1,5 1,5 1,5
Удельный расход основного ВВ кг/м3 0,855 0,860 0,730
(эмуласт АС-30РП)
Удельный расход инициирующего кг/м3 0,163 0,105
ВВ (аммонит 6ЖВ)
Удельный расход детонирующего п. м/м3 0,251 0,422
шнура
Выход негабаритных кусков % 3,0 0,1
- автономным питанием;
- высокими скоростями выполнения вспомогательных операций;
- высокой скоростью передвижения;
- сокращением длительности планово-предупредительных ремонтов
(коэффициент технической готовности за 9 месяцев составил 0,91);
- более высокой по сравнению с СБШ механической скоростью бурения.
Так, имея аналогичную со станками СБШ-250МНА-32 за величину нагрузки на долото, определяемую паспортными техническими характеристиками, и более низкую скорость вращения бурового
става, станки D-75KS при сравнительных испытаниях экспериментальных долот 250,8V-ALS63Y-R863 показали механическую скорость бурения 26,4 п.м/ч, т. е. в 1,8 раза выше, чем СБШ-250МНА-32 (14,9 п.м/ч).
Сравнительные экономические показатели станков СБШ-250МНА-32 и D-75KS на 9 месяцев 2007 г. приведены в табл. 3.
Как видно, разница в себестоимости бурения станками СБШ-250МНА-32 и D-75^ составляет 3,92 %, что находится в пределах точности расчетов.
В обозримой перспективе в пользу экономических показателей работы бурового станка D-75KS будут действовать следующие факторы:
- накопление опыта и повышение квалификации обслуживающего персонала;
- совершенствование системы обеспечения работы станка материалами и запасными частями, возможно, через организацию сервисного обслуживания;
- использование резервов оптимизации применяемого бурового инструмента;
- повышение доли затрат на заработную плату в общей структуре себестоимости продукции.
Отрицательное влияние окажут:
- увеличение объёмов ремонтов и замен узлов и агрегатов, выработавших свой технический ресурс;
- рост мировых цен на нефть.
В мае 2009 года ООО «Валенторский медный карьер» была приобретена буровая установка DP-1500 производства компании Sandvik для замены отечественных станков 5СБШ-200. DP-1500 является гидравлической самоходной автономной буровой установкой, способной бурить наклонные и горизонтальные скважины диаметром 89-152 мм. Установка оборудована гидроперфора-
тором HL-1560 с верхним расположением. Обладая высоким вращающим моментом, достаточной продувкой и совершенной эргономической системой управления Rock Pilot, установка легко адаптируется к изменяющимся горнотехническим условиям.
Сравнительные параметры буровзрывных работ при использовании станков 5СБШ-200 и DP-1500 на Вален-торском карьере приведены в табл. 4.
В результате внедрения станков DP-1500 на карьере значительно снизился выход негабаритных кусков горной массы, что позволило отказаться от взрывной разделки негабаритов. Некоторое увеличение расходов на детонирующий шнур компенсируется значительным сокращением удельного расхода дорогого инициирующего взрывчатого вещества
- аммонита.
Выводы
1. Применение импортных дизельных буровых станков на технологическом бурении взрывных скважин в сравнении со станками СБШ-250МНА-32 и 5СБШ-200 может дать значительный рост производительности оборудования и персонала.
2. Наибольший эффект применения мобильной техники с высокой скоростью вспомогательных операций достигается в условиях бурения слабых и некрепких пород при небольших объёмах взрывных блоков или значительных расстояниях между участками работы.
3. Безусловно целесообразным за счёт минимизации инфраструктуры персонала и объёмов обслуживания является использование дизельного бурового оборудования на удалённых от электрических энергосистем предприятиях с небольшим сроком эксплуатации.
4. Значительные возможности открывает мобильное дизельное оборудование для решения задачи интенси-
фикации технологических процессов, особенно в стеснённых горнотехнических условиях.
5. Экономические показатели импортного оборудования сопоставимы по уровню удельных затрат с показателями отечественных буровых станков при обеспечении высокого уровня производительности.
6. С точки зрения минимизации затрат наиболее эффективно оснащение всего парка бурового оборудования однотипными высокопроизводительными станками, что позволяет производить качественные структурные изменения в буровом комплексе и значительно упрощает решение задач обеспечения их работоспособности. Однако это не исключает комбинированного применения на предприятии
оборудования с дизельным и электрическим приводом для решения конкретных технологических задач.
7. В условиях российской экономики в целом и карьеров Урала в частности вполне конкурентоспособными могут оказаться гидравлические импортные буровые станки с электроприводом
8. На гидравлических буровых станках с главным электрическим приводом может быть реализована система автономного привода хода, что в большой области условий эксплуатации будет иметь значительный экономический эффект. Это направление является перспективным для отечественных и зарубежных производителей бурового оборудования.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------
Лель Юрий Иванович - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой разработки месторождений открытым способом Уральского государственного горного университета (УГГУ). E-mail: GTF. RMOS @ursmu. ru
Захаров Андрей Владимирович - менеджер по продажам ООО «Сандвик Майнинг энд Констракшн СНГ», Уральский филиал. E-mail: andrey.zaharov@sandvik.com
Е. Котенко
***
Убеждаю себя: всё в порядке,
Я как прежде силён и здоров,
И услышав рулады трехрядки В пляс пуститься с любимой готов.
Я и «Хенеси» выпью с друзьями, Не пьянея, пирушки любя,
ПОЭЗИЯ
А лежать преждевременно в яме, Не согласен, обидев тебя.
Убеждаю себя: всё могу я Как профессор, горняк и поэт,
Но любимую крепко целуя Куража что-то прежнего нет.
