CC BY
416
------------------------------------------ © С.К. Рубцов, А.Г. Шлыков,
Е.Н. Кочегаров,
П. А. Шеметов, В. О. Мальгин, 2006
УДК 622.271.333:550.37
С.К. Рубцов, А.Г. Шлыков, Е.Н. Кочегаров,
П.А. Шеметов, В.О. Мальгин
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И КАНАТНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ НА КАРЬЕРЕМУРУНТАУ
Семинар № 12
Т/* арьер Мурунтау Навоийского XV ГМК - высокопроизводительное золоторудное предприятие, глубина которого достигает 450 м и постоянно увеличивается, что приводит к сокращению рабочих зон и соответственно к повышенной концентрации на ограниченной площади горнотранспортного оборудования. В условиях ограничения рабочих зон и увеличения насыщения в них выемочнопогрузочного и другого оборудования происходит снижение производительности экскаваторов за счет организационно-техни-ческих причин, вызванных несвоевременной подачей автосамосвалов и скоростью их движения, а также необходимостью частого переноса ЛЭП. Поэтому в данных условиях применение мобильной и автономной, не зависящей от энергоснабжения выемочно-погру-зочной техники с большой единичной мощностью, в частности, гидравлических экскаваторов (ЭГ), вполне оправдано. Такие преимущества ЭГ как автономность и маневренность позволяет наиболее эффективно их использовать в сочетании с большегрузными автосамосвалами в стесненных условиях отработки забоев в широком диапазоне изменения свойств горных пород, сложном строении рудных тел и неравномерности распределения полезного ископаемого в горном массиве.
На карьере наряду с экскаваторами канатными (ЭКГ-8, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15), начиная с 1995 г. в эксплуатации находятся гидравлические экскаваторы: САТ-5230 (2 шт.), ИИ-170 (2 шт.) и ЕХ-3500 (1 шт.) фирм Катерпиллар (США), Ориенштейн-Коппель (Германия) и Хитачи (Япония) с емкостью ковша до 15 м3. С августа 2003 г. введены в работу два элек-трогидравлических экскаватора ИИ-200 с емкостью ковша 20 м3 (табл. 1).
Анализ конструктивных и технологических данных гидравлических экскаваторов показывает, что они практически сопоставимы друг с другом по геометрическим и энергосиловым параметрам. Главными отличиями ЭГ по сравнению с канатными являются автономность в работе и шарнирное сочленение рукояти ковша со стрелой.
Фактор автономности позволяет использовать ЭГ в стесненных условиях отработки экскаваторных забоев в карьере, второй фактор ограничивает высоту забоя высотой черпания экскаватора. Шарнирное сочленение рукояти ковша со стрелой уменьшает радиус черпания, поэтому гидравлические экскаваторы в процессе работы располагаются ближе к откосу уступа по сравнению с электрическими канатными. Так, например, если у канатного экскаватора ЭКГ-15 максимальная высота черпания (16,4 м) в 1,4 раза меньше
Таблица 1
Технические показатели экскаваторов, применяемых в карьере Мурунтау
Показатели Ед. Тип экскаватора
изм. Канатный Гидравлический Электрогидра-
влический
ЭКГ-8 ЭКГ-10 ЭКГ-12,5 ЭКГ-15 САТ-5230 ЕХ 3500 RH-170 RH-200
Количество экскаваторов шт. 4 2 2 2 2 1 2 2
Емкость ковша м3
- геометрическая 8,0 10,0 12,5 15,0 15,1 13,7 14,8 20,6
- «с шапкой» 9,6 12,0 15,0 18,0 18,3 17,7 19,9 26,3
Высота черпания (max) м 12,5 13,5 15,0 16,4 14,9 17,2 16,0 15,3
Радиус черпания (max) м 18,2 18,4 21,0 22,6 14,8 15,8 16,0 16,2
Высота разгрузки (max) м 9,2 8,6 10,0 10,0 10,3 12,4 10,0 11,3
Радиус разгрузки (max) м 16,3 16,3 18,5 20,0 14,5 14,9 13,9 15,2
Усилие черпания (на блоке ковша) кН 784 960 1225 1470 1250 1177 1200 1500
Тип привода электрический дизельный электрогидра влический
Мощность привода квт 630 630 1250 1250 1175 1240 1240 1600
Количество двигателей шт. 1 (сетевой) 1 ^AT-5230) 2 (КТ38-С925) 2 (КТ38- С925) 2
Удельная мощность квт/т 1,70 1,59 2,08 1,86 3,73 3,76 3,60 3,3
Гидравлическая мощность квт 1580 2200 1980
Скорость передвижения км/ч 0,45 0,42 0,43 0,43 2,5 0^2,4 0^3,0 0^3,0
Масса экскаватора т 370 395 600 672 315 330 345 480
Продолжительность цикла с 26 26 26 28 25 33 33 26
Объем отгруженной горной массы за 2003г. тыс. м3 4420 3880 3200 3090 3050 2525 2350 3330
Таблица 2
Основные технико-экономические показатели работы экскаваторов за 1999-2003 гг
Показатели Ед. изм. САТ-5230 ЕХ-3500 НИ-170 НИ-200') ЭКГ-15
Количество экскаваторов шт. 2 1 2 2 1
Объем отгруженной горной массы тыс. м3 21760 13370 22310 3330 12460
Аварийные простои час 15900 9300 18040 340 5640
Производительность м3/ч 510 585 560 577 480
Удельный расход топлива кг/м3 0,29 0,35 0,28
Коэффициент использования 0,47 0,59 0,46 0,79 0,59
*) КН-200 введены в эксплуатацию в августе 2003 г.
радиуса черпания (22,6 м), то у гидравлических экскаваторов эти параметры сопоставимы и составляют 15-17 м.
Результаты совместной эксплуатации канатных и гидравлических экскаваторов за 1999-2003 гг. в условиях карьера Му-рунтау позволили провести оценку эффективности их работы с целью выявления наиболее перспективной модели и сокращения номенклатуры применяемого выемочно-погрузочного оборудования с учетом предполагаемого уменьшения объемов выемки горной массы (табл. 2). Для сравнения с ЭГ принят наиболее близкий по емкости ковша канатный экскаватор ЭКГ-15.
В 2003 году 10-ю экскаваторами ЭКГ отгружено 14600 тыс. м3, а 7-ю экскаваторами ЭГ, включая КН-200, - 11300 тыс. м3.
Объем экскавации горной массы ЭГ составил около 60 млн м3, причем наибольший объем (13370 тыс. м3) - для экскаватора ЕХ-3500, что почти на 23,0% выше экскаватора САТ-5230 (10880 тыс. м3) и на 20 % - RH-170 (11155 тыс. м3). Для сравнения объем экскавации ЭКГ-15 составил 12460 тыс. м3, что всего на 5-7 % меньше ЭГ.
Комплектация экскаваторов автосамосвалами при выемке горной массы осуще-
ствляется с учетом текущих потребностей в руде заданного качества, поскольку управление содержанием в товарной руде начинается с экскаваторных забоев, в связи с чем в зависимости от конкретной ситуации экскаваторы обеспечиваются автосамосвалами на 30-100 %. Потери рабочего времени из аварийных простоев составили 20-25 %, причем, как показывает динамика их изменения, при увеличении срока службы они возрастают. Наименьшие простои у САТ-5230 (в среднем 7950 час), наибольшие - у экскаватора ЕХ-3500 (9300 час), у КН-170 - 9020 час, т.е. с точки зрения работоспособности, наибольшей надежностью обладает экскаватор САТ-5230, его простои на 15 % меньше чем у ЕХ-3500 и на 13 % меньше, чем у КН-170 (рис. 1). Наибольшие простои ЕХ-3500 обусловлены более сложным по сравнению с другими ЭГ конструктивным исполнением и соответственно сложностью проведения ремонтных работ. За тот же период простои канатного экскаватора ЭКГ-15 составили 5640 час, что на 40 % меньше, чем у ЕХ-3500 и на 29 % меньше чем у САТ-5230.
Основные характерные причины аварийных простоев ЭГ - это отказы
Рис. 2. Среднее значение коэффициента использования за 1999-2003 гг.
гидроцилиндров ковша, рукояти, стрелы, разрыв шлангов высокого давления, выход из строя двигателей и др.
Анализ работы ЭГ и характерных простоев позволил выявить наиболее слабые детали и узлы с малой наработкой и наладить их производство непосредственно в условиях НМЗ, в частности наиболее подверженных износу сменных элементов ковшей, зубьев, режущих кромок, протекторов. В результате этого предприятие полностью отказалось от закупок за рубежом сменных элементов ковшей, так как стоимость аналогичных изделий собственного производства значительно ниже (более чем в 2 раза) и не уступает зарубежным по стойкости. Освоен выпуск практически всех сменных элементов ковша САТ-5230, а также унифицированного зуба для КН-170 и ЕХ-3500.
Техническое состояние ЭГ на момент эксплуатации, исключающее возникновение простоев в процессе работы, характеризуется коэффициентом использования (Ки), который позволяет провести сравнительный анализ различных типов экскаваторов и оценить надежность их работы.
Разброс показателей Ки для одного типа экскаватора в различные годы достигал 15-20 %. Наибольшая стабильность в работе отмечается у экскаваторов ЕХ-3500 и КН-170 № 4. Значительные аварийные простои, вызванные выходом из строя главного двигателя САТ-5230 № 2 в 1999 г., практически привели к остановке экскаватора (Ки= 0,06). Аналогичная ситуация наблюдалась в 2003г. с экскаватором КН-170 № 5 (Ки = 0,04), который отработал в забое всего один месяц (228 час).
По результатам эксплуатации ЭГ за 1999-2003 г.г. величина Ки не превышает 0,59-0,47 (рис. 2). Значения Ки для экскаваторов САТ-5230 и КН-170 практически одинаковы - 0,47 и 0,46 соответственно, у ЕХ-3500 - 0,59, что в среднем на 27 % выше. Следует заметить, что Ки электро-гидравлических экскаваторов КН-200, введенных в эксплуатацию в 2003 г., составил 0,79. Работа канатного экскаватора
ЭКГ-15 отличается достаточной стабильностью. За последние 5 лет изменение Ки составило всего 10 % (Ки=0,6 в 1999 г. до 0,54 в 2003 г.), а среднее значение Ки за данный период 0,59, что выше, чем у экскаваторов САТ-5230 и КН-170.
Применение на карьере Мурунтау гидравлических экскаваторов с большой единичной мощностью и вместимостью ковша в сочетании с большегрузными самосвалами позволило обеспечить высокие темпы добычи и рост производительности при сокращении общего парка выемочнопогрузочного оборудования при увеличивающейся глубине карьера.
Анализ основных показателей работы ЭГ, их достоинств и недостатков не позволяет дать однозначную оценку о преимуществе одного какого-либо типа экскаватора. Однако, по большинству рассматриваемых параметров (объемам горной массы, производительности, коэффициенту использования и др.) наилучшие показатели имеют экскаваторы ЕХ-3500 фирмы Хитачи и САТ-5230 фирмы Катерпиллар. В настоящее время оборудование фирмы Катерпиллар широко используется в условиях карьера (грейдеры, бульдозеры, погрузчики), которые имеют много унифицированных и взаимозаменяемых с экскаваторами изделий, что позволяет более оперативно решать вопросы по их обслуживанию и ремонту.
В тоже время, оценивая работу канатных экскаваторов ЭКГ-15, можно заключить, что по многим параметрам отличие в показателях незначительно, а по некоторым показателям ЭКГ-15 даже превосходят данные ЭГ. Канатные экскаваторы этого типа проще в изготовлении и обслуживании, они дешевле гидравлических. Соответственно дешевле запасные части, которые более доступны по стоимости при отсутствии на них дефицита.
Результаты исследований, проведенных М.В. Васильевым, П.И. Томаковым и др. [1, 2], показали, что при использовании карьерных канатных экскаваторов в сочетании с автотранспортом при расстоянии
транспортирования до 5 км рациональное соотношение вместимости кузова автосамосвала УА и вместимости ковша Ек,
т.е. п = , изменяется от 3 до 6 в зави-
Е
к
симости от Ьтр и физико-технических свойств горной массы. Указанные авторы рекомендуют следующие сочетания экскаваторов и автосамосвалов:
Экскаватор ЭКГ-8И (Ек=8 м3) ЭКГ-12,5 (Ек=10 и 12,5 м3) ЭКГ-20 (Ек=16 и 20 м3)
Грузоподъемность автосамосвала 75 т 110 т 180 т
Ико
х= Нч
для канатных экскаваторов.
Согласно действующим Единым правилам безопасности при разработке взорванных пород канатными мехлопатами, высота уступа Ну не должна превышать полуторную максимальную высоту копания экскаватора Ь.коптах или Нчтах, так как
По конструктивной схеме гидравлические экскаваторы при отработке забоя не могут реализовать максимальную кинема-
тическую высоту копания Ькоп.тах= Нчтах, указанную в технической характеристике экскаватора. Как видно из рис. 3, на котором приведена сопоставительная оценка зон копания на примере канатного (ЭКГ-20) и гидравлического (ЭГ-20) экскаваторов, непосредственно в контакте с забоем ковш гидравлического экскаватора может находиться до высоты, равной 0,65-0,75 Икоп.тах, которая на 25-35 % меньше паспортной величины Икоптах. Эту фактическую высоту контакта ковша ЭГ с откосом забоя называют приведенной высотой копания экскаватора И коптах, т.е. И
коп.тах~0,7-0,75 Ькоп.тах [3, 4]. В связи с этим
при разработке ЭГ уступов без применения взрывных работ максимальная высота забоя и уступа составляет Ну = И коптах или Ну = 0,7-0,75 Нч.тах.
В случае разработки взорванных пород с различными значениями коэффициента разрыхления (Кр) и среднего размера взорванного куска (^р) превышение возможной высоты отрабатываемого забоя (Нтах) над приведенной высотой И коптах приведено в табл. 3 [4].
Таблица 3
Рекомендуемые относительные значения высоты забоев для гидравлических экскаваторов при различных свойствах взорванной горной массы
Нmax/h коп.max
Взорванная гор- Угол взорванно- При кусковатости dсp, см
ная масса, Кр го забоя,градус 5-12 20-40 40-60 Выход негабаритных кусков (5-8%)
Связная, Кр=1,02^1,15 75-87 1,15 1,1 1,05 1,0
Связносыпучая Кр=1Д-1,35 60-80 1,9 1,6 1,35 1,05
Связносыпучая Кр=1,3^1,4 50-70 2,7 2,1 1,7 1,1
Сыпучая Кр=1,4^1,5 32-50 3,8 3,5 3,2 -
274
II. м
-6{--М. Л I- Ы I
,а 13 >г Ч 10 <* в 7 6 5 4 3 2 ' От
Рис. 5. Схемы к определению высоты отрабатываемого уступа гидравлическим экскаватором и сопоставительная оценка зон копания на примере экскаватора ЭГ-20 и ЭКГ-20: 1 и 2 - траектория копания соответственно экскаваторов ЭГ-20 и ЭКГ-20; 3 и 4 - зоны копания соответственно экскаваторов ЭГ-20 и ЭКГ-20
Таблица 4
Возможная высота разрабатываемых забоев для канатных и гидравлических экскаваторов
Модель экскава- тора Коэффициент разрыхления, Кр Кусковатость взорванной горной массы, dcp, см Высота черпания, H,.max,M Высота забоя (уступа), м
без БВР, м с БВР, м
Канатные экскаваторы, ЭКГ
Ну Нч.тах Ну 1,5Нч.тах
ЭКГ-10 13,5 13,0 20,0
ЭКГ-12,5 1,25-1,35 20-40 15,5 15,0 22,0
ЭКГ-15 16,4 16,0 24,0
ЭКГ-20 17,8 17,5 26,0
Гидравлические экскаваторы, ЭГ
Ну=0,7Нч.тах Ну=1,12Нч.тах
RH-170 16,0 11,0 18,0
EX-3500 17,2 12,0 19,0
CAT-5230 1,25-1,35 20-70 14,8 10,5 16,5
RH-200 15,2 10,6 17,0
Экспериментальными работами по оценке качества дробления пород карьера Мурун-тау установлено, что величина среднего размера куска взорванных пород находится в пределах 14,5-28 см. В связи с этим из данных табл. 4 представляется возможным в случае использования в карьере гидравлических экскаваторов принять относительное значение высоты забоя для ЭГ н
равным , max = 1,6. Тогда максималь-
hкоп .max
ная высота взорванного забоя для ЭГ равна Ну=Итах=1,6- hra„.max = 1,6-0,7-Нч.тах=1Д2
Нч.тах.
С учетом изложенного и пользуясь паспортными техническими параметрами экскаваторов выполнено сравнение возможных высот взорванных забоев для канатных и гидравлических экскаваторов, используемых на карьере (табл. 4).
Из анализа данных, приведенных в табл. 4, видно, что при взрывании 15 м уступа и Кр = 1,3 (Ну = 19,0 м), только ЕХ-3500 в состоянии отработать взорванный уступ, для остальных типов ЭГ необходимо разделение взорванного уступа на по-дуступы. В случае применения канатных
экскаваторов такой проблемы не существует.
Из изложенного видно, что шарнирное сочленение рукояти ковша со стрелой у гидравлических экскаваторов ограничивает высоту разрабатываемого забоя. По этой причине ЭГ при отработке забоя не может в полной степени реализовать максимальную кинематическую высоту копания Икоп.тах = Нч.тах, определенную технической характеристикой экскаватора. Максимальная высота забоя ЭКГ в среднем на 25-35% выше высоты забоя ЭГ. Кроме того, шарнирное сочленение рукояти ковша со стрелой уменьшает радиус черпания ЭГ, в связи с чем они вынуждены ближе по сравнению с ЭКГ подходить к забою и, как следствие, безопасность работы ЭГ (в частности исключения образования козырьков, нависей и т.п.) обуславливает более высокую степень дробления при взрывании уступов высотой Н>15 м.
Таким образом, эффективность использования экскаваторного парка определяется комплексом взаимосвязанных факторов, основными из которых являются технические возможности экскаватора, технологические параметры взорванной
горной массы, соотношение высоты забоя и паспортной характеристики оборудования, а также обеспеченность забоев автотранспортом.
Принимая во внимание окончание срока амортизации ЭГ, а также тенденцию сокращения с 2008-2010 гг. годовых объемов горной массы, представляется целесообразным с целью унификации экскаваторного парка сократить типажный ряд ЭГ, используя при этом наиболее эффективное сочетание комплексов выемочнопогрузочного и транспортного оборудования. В перспективе следует также учитывать факт развития единого экономического пространства стран СНГ, в связи с этим рекомендуется выемочно-погрузочное
1. Васильев М.В. Влияние возрастающей глубины карьеров на эффективность горного производства. Горный журнал № 2, 1983.
2. Томаков П.И. Структура комплексной механизации карьеров с техникой цикличного действия. - М.: Недра, 1976.
оборудование карьера Мурунтау ориентировать на экскаваторы: ЭКГ-15 в карьере и складах; ЭКГ-8У - для выполнения работ в приконтурных зонах при постановке бортов карьера в предельное положение; ЭКГ-10 на ППК, как наиболее соответствующие по своим параметрам думпкарам В105, которые могут стать эффективной альтернативой импортным гидравлическим экскаваторам.
На участках, требующих высокой концентрации и интенсивного ведения горных работ в значительных объемах (верхние горизонты юго-западной и восточной части карьера), предусматривается использование 2-х электрогидравлических экскаваторов большой единичной мощности КН-200 с ковшом емкостью 20 м3.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Беляков Ю.И. Выемочно-погрузочные работы на карьерах. - М.: Недра, 1987.
4. Беляков Ю.И. Совершенствование технологии выемочно-погрузочных работ на карьерах. -М.: Недра, 1977.
— Коротко об авторах
Рубцов С.К. - начальник лаборатории, кандидат технических наук, ВНИПИпромтехнологии, Шлыков А.Г. - старший научный сотрудник, кандидат технических наук, ВНИПИпромтехноло-гии,
Кочегаров Е.Н. - горный инженер, ВНИПИпромтехнологии,
Шеметов П.А. - начальник карьера Мурунтау, кандидат технических наук, Центральное РУ, На-воийский ГМК.
Мальгин В.О. - заместитель главного механика карьера Мурунтау, Центральное РУ, Навоийский ГМК.
