CC BY
39
- © Д.В. Кузнецов, Д.Е. Малофссв,
А.И. Косолапов, 2013
УДК 622.271.33
Д.В. Кузнецов, Д.Е. Малофеев, А.И. Косолапов
ОСОБЕННОСТИ ОБОСНОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ГОРНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ СЕВЕРА
Представлены особенности обоснования современных комплексов горнотранспортного оборудования в условиях глубоких северных карьеров. Ключевые слова: технологические комплексы горно-транспортного оборудования, буровые станки, экскаваторы, карьерные автосамосвалы, конвейерные системы.
Основные тенденции открытых горных работ в России на ближайшую перспективу обусловлены все более сложными природными и технологическими условиями. Генеральное развитие сырьевой базы связано с освоением территорий Сибири, Дальнего Востока и малоосвоенных северных районов с суровым климатом. По данным ЦНИГРИ, наиболее перспективные минеральные объекты, переданные для дальнейшего геологического изучения и лицензирования, расположены восточнее Уральского хребта; в Уральском, Сибирском и Дальневосточном федеральном округах (соответственно 12,4; 45,0 и 18,4 % всех объектов в РФ, т. е более 3/4) [1]. Для разрабатываемых в настоящее время карьеров характерно увеличение глубины, уменьшение размеров рабочего пространства и прочие ухудшающиеся технологические условия. В связи с этим особую актуальность приобретает задача сопряжения открытых и подземных горных работ.
В свою очередь, перечисленное требует усовершенствования технических решений. Так помимо традиционной цикличной технологии, основанной на экскаваторно-автомобильных комплексах, сегодня в условиях Наталкинского месторождения в Магаданской области предусматривается конвейерный транспорт.
Анализ тенденций развития карьерной техники свидетельствует о расширении типоразмеров оборудования, как по мощности, так и по типам. Обзор рынка карьерных экскаваторов и автосамосвалов, при объединении их в группы по равнозначным техническим характеристикам позволил сформировать около 350 конкурентоспособных вариантов комплексов, ориентированных на отечественный рынок. Выбор горного оборудования в данной ситуации достаточно затруднен, имеет множество неопределенностей, и требует подробного анализа применительно к особенностям условий месторождений. При этом, необходимо определять минимум капитальных и эксплуатационных издержек, и учитывать возможный эффект от использования того или иного комплекса.
Таким образом, задача обоснования варианта карьерной техники, а, следовательно, технологии и комплексной механизации открытых горных работ в целом, в настоящее время является весьма актуальной и требует повышенного внимания.
Таблица 1
Показатели технологии и комплексной механизации открытых горных работ
№ п/п Характеристики комплексов Характеристики карьеров
диаметр бурения станков (вб.с), мм емкость ковша экскаватора (Еэкск), м3 грузоподъемность автосамосвала (аа), т производительность ЦПТ ^ипт), млн т/год максимальная глубина, м горная масса в контурах карьера, 3 млн м годовая производитель-ность по руде, млн т
1 250 10-15 140 - 700 500 8
2 270 18-25 180 - 900 1000 10
3 311 28-35 220 200 1000 1500 12
Для ее достижения авторами проведены исследования с целью получения детерминированной системы принципов и способов принятия решений, в основу которых положены закономерности влияния рабочих параметров карьерных комплексов горно-транспортного оборудования на эффективность разработки месторождений. Ранее было установлено влияние современных одноковшовых экскаваторов и карьерных автосамосвалов на интенсивность открытых горных работ [3]. Здесь же рассмотрены вопросы обоснования условий их применения на глубоких северных карьерах, и предложен алгоритм действий по поиску решений в целом ряду сопоставимых сочетаний. Кроме того, данные исследования включают конвейерный транспорт.
Путем ситуационного моделирования развития карьеров и детальных технико-экономических расчетов получены результаты, актуализирующие утверждение о системной целостности техники и технологии открытых горных работ (рис. 1). Полученные данные подтверждают ранее сделанные выводы о том, что объем извлекаемых из недр руды, границы карьерного пространства, производительность карьеров и эффективность разработки месторождений, напрямую зависят от технологического комплекса карьерного оборудования (табл. 1). Табл. 1 справедлива для скальных пород и расстояния транспортирования 6-8 км.
щ=220 т. дЦПТ=200 млн.т/год
Рис. 1 Динамика применения комплексов оборудования по мере увеличения глубины горных работ в условиях одного из золоторудных месторождений: 1- 500 м;
2 - 700 м; 3 - 900 м; 4 -1000 м
Рис. 2. Поле конкурентных вариантов технологических комплексов карьера
При этом, глубину карьеров (см табл. 1) определяли с учетом существующего карьерного пространства и возможности прирезки запасов для следующей границы. Так, например, во втором (условно одноэтапном) варианте развития горных работ глубина карьера составляет порядка 900 м и ограничивается размерами рабочих площадок для расконсервации временно нерабочего борта. Ширина площадки равна 40 м и определена исходя из условий работы экскаватора ЭКГ-20К или его аналогов под высокими уступами с тупиковой подачей транспорта под погрузку. Технически осуществимый с помощью современного мощного оборудования третий вариант позволяет разрабатывать прирезаемые запасы карьером глубиной до 1000 м. Причем, разработку ведут, обеспечивая условия для организации циклично-поточной технологии.
Конкурентное поле технологических комплексов, обуславливающих варианты разработки показано на рис. 2.
Рис. 2 сформирован для северных условий, скальных горных пород, при наличии электроэнергии и опыта эксплуатации импортного оборудования.
Блок-схема алгоритма выбора оборудования приведена на рис. 3.
В дальнейшем сформированный массив вариантов технологических комплексов оценивали с учетом потребного парка оборудования по годам разработки, графика закупки и его освоения. В связи с постоянной производительностью карьера, в качестве основного экономического показателя эффективности, принимали суммарные дисконтированные затраты (СДЗ), вычисляемые по формуле:
( 1 СДЗ = £ (К + С - - Д) • ——
1 (1 +-) (1) где К - инвестиции в 1 -ом году, руб.; С - текущие затраты в 1 -ом году, руб.; АО - годовая сумма амортизационных отчислений, руб.; Л - остаточная стоимость оборудования, руб.; Е - норма дисконта (принята равной 10 %).
Лля иллюстрации данной методики, на рисунке 4 представлены результаты расчетов СЛЗ при использовании экскаваторно-автомобильных комплексов для условий соответствующие самого глубокого карьера.
Анализ графиков (см. рис. 4) показывает, что применение комплексов оборудования с буровыми станками
1. Анализ исходных данных, включая:
- природно-технологические условия разработки месторождения;
- физико-технические характеристики горных пород;
- обеспеченность электроэнергией;
- существующий парк карьерной техники и график ее списания;
- принятые проектные решения.
О
- у'
II. Оценка банка данных,
охватывающая:
- технологию и механизацию горных работ в регионе и на предприятиях -аналогах;
- коммерческие предложения фирм производителей карьерной техники;
- справочную, нормативную, учебную и научную литературу.
11!. Формирование поля конкурентных вариантов технологических комплексов карьера с учетом:
— соответствия природным условиям;
— уровня технической надежности;
— разумности йен;
- создания единого типового ряда применяемого оборудования;
- поставки запасных частей;
- возможности гарантийного и сервисного обслуживания.
ТУ
IV. Разделение конкурентного ноля технологического оборудования на сегменты, для каждого из которых реализуется единый вариант карьера._______
V. Проектирование и поиск оптимальных решении в каждом карьере.
I. Ситуационное моделирование:
- вскрытия рабочих горизонтов для обеспечения грузовой транспортной связи между забоями и пунктами приема горной массы;
- системы разработки, как порядка ведения вскрышных, добычных и горно-подготовительных работ;
- календарного планирования с учетом интенсивности разработки рассматриваемыми комплексами;
- производс твенных процессов.
ТУ
О
2. Технико-экономическая оценка,
содержащая:
- определение оптимальных сроков службы оборудования;
- расчет капитальных вложений;
- расчет эксплуатационных затрат, адаптированный к пространственно-временному изменению горных работ и показателей работы техники;
- обоснование эффективного варианта по критерию суммарных дисконтированных затрат.
VI. Принятие решения о рациональном варианте на основании экономического сравнения в целом но предприятию.
Рис. 3. Блок-схема алгоритма обоснования рационального варианта комплекса оборудования
РУ 311 (диаметр коронки до 311 мм) позволит снизить СДЗ по сравнению с буровыми станками СБШ (диаметр коронки 270 мм) порядка 8,8 млрд. руб.
Говоря об экономичности комплексов, в целом можно отметить, что доминируют варианты с отечественными электрическими экскаваторами.
л я в
я Й
О ¡>1
Ь я Л Ё"
Я Ё
100
95
2 90
85
80
101.4
102.0 Ю-З
98.6
96,6
Бурение до 270 мм Э/.. Рж. О, А
Л
93.7 / 93.6' 92.5 _ ,_\
ч % %
Рис. 4. Влияние комплекса оборудования на суммарные дисконтированные затраты при ведении горных работ в карьере до глубины 1000 м
ф
а „
« 3
в А
2 г
£■ 1С
С •
я я
— я
Я о
3 й
н я
г. я
2
§ й
г "
£
5,0
4,0
3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0
Материалы
Дизельное топливо
Обслуживание
Запасныечястии ремонт
>
Прочиезатраты
Всего 3,0 руб/ткм
Материалы
Электроэнергия Обслуживание
Записные части и ремонт
Прочие затраты
Автомобильный транспорт
Конвейерный транспорт
Материалы | Обслуживайте
Дизельное теплив о ■ Электроэнергия
Запасные часта и ремонт "Прочие
Рис. 5. Себестоимость транспортирования автомобильным и конвейерным транспортом
Таблица 2
Основные ТЭП сравнения вариантов транспортирования
Наименование показателей Глубина карьера 900 м Глубина карьера 1000 м
Автомобильный транспорт Автомо-бильно-кон-вейерный транспорт Автомобильный транспорт Автомо-бильно-кон-вейерный транспорт
Годовой объем транспортирования, млн. м3 70,0 70,0 115,0 115,0
Руда, млн. м3 4,1 4,1 4,4 4,4
Вскрыша, млн. м3 65,9 65,9 110,6 110,6
Годовая транспортная работа, млн.ткм 1675 1675 2863 2863
Руда, млн.ткм 79 79 97 97
- автосамосвалы, млн.ткм 79 79 97 97
Вскрыша, млн.ткм 1596 1596 2765 2765
- автосамосвалы, млн.ткм 1596 1134 2765 2058
- комплексы ЦПТ, млн.ткм - 462 - 707
Потребное количество оборудования, ед
- автосамосвалы CAT 793 147 115 263 206
- комплексы ЦПТ фирмы TAKRAF производительностью 10 тыс.т/час - 2 - 3
Капитальные вложения, млн. $ 836 924 1073 1249
- автосамосвалы, млн. $ 836 662 1073 823
- комплексы ЦПТ, млн. $ - 262 - 425
Удельные эксплуатационные затраты на транспортирование, млн. $ 1,42 1,39 1,51 1,41
Суммарные приведенные затраты, млн. $ 1981 2013 2758 2754
Окупаемость ЦПТ, лет - нет - 8-10 лет
Гидравлические машины более затратные, имеют малый срок службы и низкую техническую надежность в суровых условиях. Их использование оправдано при энергодифиците и в карьерах, где необходима повышенная мобильность. Импортные же экскаваторы с электрическим приводом менее эффективны в связи с высокой первоначальной ценой и остаточной стоимостью на конец отработки месторождения.
Учитывая увеличение глубины, производительности карьера по горной массе и расстояния транспортирования дополнительно оценивали целесообразность применения циклично-поточной технологии горных работ. При этом, учитывая мировой опыт использования ЦПТ в суровых климатических условиях глубоких карьеров, для сравнения приняты высокопроизводительные комплексы фирмы Тепоуа ТДКНДГ. Каждый из них имеет мобильную дробильную установку, систему конвейеров на поверхности и в карьере, а также отвалообразователь, и обеспечивает производительность до 10 тыс. т/час.
Эффективность автомобильно-конвейерного транспорта устанавливали, используя критерий СДЗ (рис. 5 и табл. 2). Несмотря на снижение эксплуатаци-
онных издержек почти на 40% (см. рис. 5) огромные инвестиции не обеспечивают эффективность применения ЦПТ в суровых климатических условиях.
Лля условий рассматриваемого месторождения окупаемость перевозки конвейерными линиями имеет место при объемах более порядка 100 млн. м3/год после 8-10 лет эксплуатации.
Таким образом, выполненные исследования свидетельствуют о том, что многообразие горного оборудования требует научного обоснования условий его применения, и эти исследования должны первостепенно учитывать влияние климатических условий.
1. Ильин С.А., Коваленко B.C., Пас-тихин Д.В. Повышение экономической эффективности открытых горнык работ // Горный журнал. - 2012. - №6. С.56-65.
2. Косолапов А.И., Малофеев Д.Е., Кузнецов Д.В. К вопросу оценки интенсивности горных работ при разработке месторождений в суровых климатических услови-ях//Горный информационно-аналитический бюллетень, - 2013. №2. - С. 35 - 41.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Коптев В.Ю. Обоснование выбора транспортных машин горных предприятий // Горная техника. 2012. - №2. С.58-61.
4. Кармаев Г.Д., Глебов A.B., Берсенев В.А. Опыт проектирования, эксплуатации и перспективы развития циклично-поточной технологии на рудных карьерах //Горная техника, -2013 №1 С.66-70. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Кузнецов Дмитрий Владимирович - аспирант СФУ, ведущий инженер горно-геологического отдела ООО «Полюс Проект», KuznetsovDmV@polyusgold.com
Малофеев Дмитрий Евгеньевич - кандидат технических наук, главный инженер ООО «Полюс Проект», MalofeevDE@polyusgold.com
Косолапов Александр Иннокентьевич - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Открытые горные работы» СФУ, действительный член академии горных наук, член-корреспондент САН ВШ., kosolapov1953@mail.ru
- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
ВЗРЫВНОЕ РАЗРУШЕНИЕ РАЗНОПРОЧНЫХ СЛОЁВ ГОРНОГО МАССИВА ЗАРЯДАМИ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ПО ВЫСОТЕ СКВАЖИНЫ ЭНЕРГЕТИКОЙ
(№ 98712-13 от 18.10.13, 7 стр.)
Белин В.А., Дугарцыренов А.В., Рахманов Р.А., Камолов Ш.А., Ким С.И. Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru
DIFFERENT STRENGTHS OF EXPLOSIVE DESTRUCTION LAYERS ROCK MASS WITH VARIABLE CHARGES THE HEIGHT OF WELLS ENERGY
Belin V.A., DugartsyrenovA.V., RakhmanovR.A., KamolovSh.A.,, Kim S.I. Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
т
Гор
- Иtdanieji ьстео -
орная книга
информирует
119049 Москни, . leint некий проспект, 6 Телефакс (495) 737-32-65 wn щ. цопшу a- kniva. rti E-mail: infix it sorn i»yn -kn i ga. ru
ПОДПИСКА-2014
ГОРНЫЙ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ (НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ) (ГИАБ) MINING IN FORMATIONALAND ANALYTICAL BULLETIN (SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL) (GIAB)
В каждом номере ГИАБа:
• теория и практика горного дела; современные горные технологии; экономика и экология добывающих отраслей; высшее горное образование; горнопромышленная геология; история горного дела; обзорные и аналитические статьи;
основные научные результаты, необходимые для защиты диссертации на Соискание степени кандидата и доктора наук;
• материалы ежегодной научной конференции «Неделя горняка» и другие статьи по всем направлениям горных наук.
ГИАБ распространяется в России и СНГ. Включен в список ВАК. ГИАБ полезен для научной работы соискателей, аспирантов, студентов Книжный формат твердый переплет, мелованная бумага позволяют работать с журналом в течение нескольких лет.
Периодичность издания - 12 номеров в год, объем номера 432 страницы Стонмость годовой подписки 11040 руб
Варианты подписки на ГИАБ:
• подписка Издательства на книжную или электронную версию журнала:
• подписка по каталогу « Роспечать», подписной индекс 46466.
Контактная информация:
те.1, (499)230-27-80. (495) 737-32-64; факс (495)956-90-40.(495) 737-32-65 e-mail: into«1 gürnaya- kiüjü.ru
SBct ega с «.'Jcfwaj шша»
