CC BY
82
УДК 622.32 С.А. Прокопенко
ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ЗАТРАТ ШАХТ НА ОТБОЙКУ ГОРНОЙ МАССЫ
Проанализирована проблема оптимизации затрат на отбойку горной массы за счет применения инновационных резцов.
Ключевые слова: шахта, инновации, резцы, конкурентоспособность.
1[>ыпускаемые в настоящее время отечественными произво-
АДдителями резцы для шахтовых комбайнов не отличаются высокой износостойкостью и сроком службы, что ведет к их частой замене, большому расходу и высоким затратам шахт. Одна кузбасская угольная шахта мощностью 5 млн т/год, расходует ежегодно порядка 15-18 тыс. шт. резцов и тратит на их приобретение около 5 млн руб. денежных средств. В настоящее время в Кузбассе насчитывается около 60 шахт, что свидетельствует о масштабе потребления такого ресурса, как резцы.
На снижение трудоемкости и стоимости добычных и проходческих работ направлена деятельность молодого (семь лет) инновационного предприятия «Сибирские горнопромышленники», имеющего стратегической целью выпуск высокоресурсных и экономичных резцов на основе последних научных разработок с использованием самых передовых технологий обработки металлов. За прошедшее время ему удалось освоить выпуск резцов марки РГП, отличающихся высоким уровнем твердости и прочности, что обеспечило высокую стойкость к абразивному износу и достижение эксплуатационного ресурса в 5-12 раз большего, чем у аналогичных резцов других российских производителей.
В 2008 году были проведены промышленные испытания резцов в ООО «Шахта Байкаимская». Сравнивались резцы РГП и резцы ПС (Копейский машзавод). Резцы были испытаны на проходческом комбайне КП-21 при проведении вентиляционного штрека №3 и путевого ствола. Забой был представлен углем (50 %) крепостью f = 1,5 и песчаником (50 %) f = 6 - 8 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Установлено, что резцы РГП обес-
печили удельный выход горной массы 11 м3/резец, что в 5,2 раза больше, чем у резцов ПС (2,1 м3/резец). Удельные затраты для резцов РГП составили 53 р/м3, тогда как у резцов ПС этот показатель был равен 174 р/м3 или в 3,2 раза выше.
В январе 2010 г. испытания резцов РГП были проведены на очистном комбайне KSW-460 в ООО «Шахтоуправление Анжерское» УК «Северный Кузбасс». Комбайн отрабатывал пласт «Румянцевский» мощностью 1,5 - 1,6 м с крепостью угля f = 1,3 - 1,5 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Промышленные испытания были проведены в сравнении с резцами РС (ООО «Кузнецкий машиностроительный завод»). Результаты показали, что у резцов РС выход угля составляет 38 т/резец, а у резцов РГП - 312 т/резец (в 8 раз больше). Удельные затраты резцов РС составили 8 р/т, а у резцов РГП - 2 р/т.
В мае 2010 г. ОАО «Шахта Заречная» провела оценку расхода режущего инструмента очистным участком №1 за период январь-март 2010 г. (акт от 13.05.2010 г.). Участок №1 ведет добычу угля комбайнами МВ-12 и EL-3000. В поле анализа попали резцы РГ (ЗАО «КузГРИ»), РШ (ООО «Горный инструмент» и РГП (НПП «Сибирские горнопромышленники». Результаты промышленного применения резцов в ОАО «Шахта Заречная» показывают, что эксплуатационный ресурс резцов РГП составил 2600 т/резец, что в 6 раз больше, чем у резцов РШ (418 т/резец) и в 12 раз больше, чем у резцов РГ (212 т/резец). Удельные затраты резцов РГП равняются 0,4 р/т, что в 2 раза ниже, чем у резцов РШ (0,9 р/т) и в 4 раза ниже, чем у резцов РГ (1,5 р/т).
Однако, несмотря на существенное превосходство, резцы РГП, как и их аналоги, несут в себе очевидные недостатки, устранение которых обеспечит дальнейшее повышение эффективности процесса отбойки горной массы в шахтах. Первым недостатком нынешнего резцепользования является высокий уровень отходов этого процесса. В соответствии с инструкциями по технической эксплуатации резец на комбайне используется до стадии износа твердосплавного элемента, после чего подлежит снятию с исполнительного органа и замене новым резцом. Участок размещения твердосплавного элемента составляет около 20 % от массы всей державки. На практике резцы снимают с комбайна изношенными на 20 - 30 %. Затем изношенный резец просто выбрасывается, так как их дальнейшее использование шахтами не решено.
Были попытки организации сдачи изношенных резцов на переплавку, на металлолом, но они не нашли продолжения. В результате, мы имеем ситуацию, когда для отбойки горной массы используется 20-30 % изделия, а 70-80 % идет в отходы. Если учесть, что при вытачивании резца отходы составляют до 30 % от массы заготовки, то, как показывает расчет, полезно для отбойки горной массы используется лишь 14-21 % всего потраченного на резец металла. Порядка 79-86 % исходного металла, используемого для производства резцов, уходит в отходы, а это высококачественная дорогостоящая сталь с высоким уровнем обработки. Нередко в отходы попадают и практически неизношенные резцы, выпадающие из резцедержателей в процессе работы комбайна вследствие ненадежности применяемого крепления. Таким образом, уровень отходов металла, используемого в процессах изготовления и эксплуатации резцов шахтовых комбайнов, достигает 90 %, что является крайне расточительным для современного производства. Требуется коренное изменение ситуации.
Второй недостаток обусловлен низкой взаимозаменяемостью применяемых резцов. Даже в одном классе каждая марка комбайна оснащается только для него пригодными резцами. Отсутствие взаимозаменяемости резцов комбайнов разных марок сопровождается необходимостью приобретения и хранения на складах шахт большого ассортимента резцов, а при неожиданном повышении расхода одного из наименований резцов и исчерпании запаса может вести к непредвиденным простоям комбайна. Решений по унификации резцов и упрощению процесса резцепользования на шахтах до сих пор не предлагалось.
Нацеленность на разрешение приведенных выше проблем привела к разработке универсального многоразового резца РГП. Эти качества достигаются усовершенствованием конструкций головки и хвостовика. Для возможности установки резца на разные марки комбайнов предложено изготовление на конце хвостовика ряда отверстий перпендикулярно его оси на определенных расстояниях от головки. После размещения в резцедержателе на хвостовик надевается шайба и в соответствующее отверстие устанавливается шплинт. Подбор отверстия для крепления осуществляется исходя из длины втулки резцедержателя и исключения осевого перемещения резца. Установкой нескольких шайб различной толщины выбирают люфт резца при износе втулки, предотвращая его поломку
при отбойке крепкой породы. Такая конструкция хвостовика и его крепления обеспечивает универсальность резца и надежность его фиксации, гарантируя от выпадений.
Для продления срока службы резцу конструкция головки предусматривает ее изготовление со сменной рабочей частью. После износа и снятия с комбайна такой резец не выбрасывается, а подвергается восстановлению. Пришедшая в негодность рабочая часть головки заменяется новой, после чего резец становится пригодным к следующему циклу использования. Ожидается, что державка и часть головки, составляющие 70-80% резца и сегодня выбрасываемые, будут служить на многоразовом резце РГП 5 - 10 циклов и более.
Стоимость восстановленного резца составит вдвое меньше первоначальной, что повышает его экономичность вдвое по сравнению с уже достигнутой. Если у нынешнего цельного одноразового резца РГП удельные затраты в 2 раза меньше, чем у резца РШ и в 4 раза меньше, чем у резца РГ, то для многоразового резца РГП эти значения удвоятся и составят 4 и 8 раз соответственно.
На рисунке показан снимок универсальных многоразовых
резцов РГП 32-70/16УМ, где 32 - диаметр хвостовика; 70 - длина головки (мм); 16 - диаметр твердосплавной вставки (мм); У - универсальный; М - многоразовый.
Резец такой конструкции заменяет собой целую линейку ассортимента резцов, выпускаемых нынче для комбайнов КП-21, KSW-460, П-110, МВ12, К-500. Как следствие, уменьшается количество позиций закупаемых шахтой резцов, упрощается работа снабженческой службы, снижаются необходимые запасы резцов на складах шахт, уменьшается вероятность остановки перечисленных выше комбайнов из-за отсутствия нужных резцов... Переход на оснащение комбайнов таким изделием обеспечивает снижение уровня отходов металла в процессе
Универсальные резцы РГП многоразового использования на шахтовом комбайне
«резцеизготовление-резцепользование» с нынешних 90 % до 18 % при пяти циклах и до 9 % - при десяти циклах использования резца.
Предлагаемые инновационные решения позволяют шахтам Кузбасса и других угольных бассейнов существенно повысить экономику и культуру резцепользования, значительно снизив трудоемкость и затраты на отбойку горной массы и подняв уровень ресурсосбережения. [КШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ ----------------------------------------
Прокопенко С.А. - доктор технических наук, профессор, Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета, директор НПП «Сибирские горнопромышленники», тел. (838451) 6-44-32
