CC BY
52
Актуальные проблемы открытых горных работ
© В.Б. Артемьев, С.А. Казаков, 2015
УДК 622.271
В.Б. Артемьев, С.А. Казаков
ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ 2006-2015: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Приведены основные показатели разработки месторождений открытым способом на предприятиях АО «СУЭК», которым добывается около 70% угля в РФ. Представлены основные организационно-технологические решения, реализованные в период 2005-2014 гг. по процессам: буровзрывные работы, экскавация горной массы, транспортировка вскрыши и угля. Основными достижениями являются модернизация разрезов, оснащение их новым высокопроизводительным горно-транспортным оборудованием большой единичной мощности, что позволило сдержать рост затрат; внедрение прогрессивных пространственно-планировочных, технических и организационных решений, а также повышение операционной эффективности основных производственных процессов.
Ключевые слова: открытые горные работы, разрез, достижения, рекорды, перспективы, развитие, решения.
В 2014 году добыча угля в Российской Федерации составила 358 млн т, из них 251 млн т добыты открытым способом. При этом наблюдается тенденция роста доли открытого способа (ОГР) в объемах добычи — если в 2000 г. на долю ОГР приходилось около 65% добычи, то в 2014 г. открытым способом было добыто более 70% угля.
В компании СУЭК добыча угля на 16 разрезах в прошлом году составила 68 млн т или 69% от общих объемов (рис. 1).
Рост объемов добычи по сравнению с 2005 г. составил 38%. При этом, в связи с ростом глубины отработки запасов и коэффициентов вскрыши, объемы перерабатываемой горной массы возросли в 2 раза, а производительность труда по горной массе в 3 раза (рис. 2).
Рис. 1. Регионы СУЭК
Рис. 2. Динамика производительности на ОГР по горной массе (добыча + вскрыша + переэкскавация)
Рост доли открытого способа добычи как в целом по стране, так и в СУЭК, обусловлен началом разработки новых месторождений в Восточной Сибири, Якутии и на Дальнем Востоке, где работы ведутся по выходам пластов с минимальным текущим коэффициентом вскрыши. Определенную роль в этом сыграло стремление угледобывающих компаний к минимизации затрат на 1 тонну добываемого угля за счет увеличения объемов его добычи более дешевым открытым способом.
Несмотря на кризисные явления 2008 г., начавшуюся в 2013 г. и продолжающуюся до сих пор волну нестабильности, компания СУЭК в период 2005-2014 гг. реализовала широкомасштабную инвестиционную программу, направленную на техническое перевооружение действующих мощностей открытой угледобычи и ввод новых объектов. Начиная с 2005 г. в разрезы инвестировано около 39,7 млрд рублей, при этом предпочтение отдавалось предприятиям, добывающим каменные угли, на долю которых пришлось 84% всех инвестиций в ОГР (33,4 млрд руб., рис. 3). Пик инвестиций пришелся на 2012 год — год ввода в эксплуатацию нового разреза «Апсатский», построенного с «нуля» в рекордные сроки в Забайкальском крае.
Важным достижением, напрямую связанным с модернизацией разрезов, стало сдерживание роста затрат на производство. Повышение общей операционной эффективности работы предприятий открытой угледобычи, позволило удержать себестоимость вскрышных и добычных работ в сопоставимых ценах на уровне 2005 г., что в условиях падения экспортных цен, стагнации и снижения потребления угля на внутреннем рынке, обеспечило компании определенные стратегические преимущества (рис. 4).
Увеличение объемов добычи угля и рост производительности труда достигались не только путем технического перевооружения предприятий и оснащения их новым высокопроизводительным горно-транспортным оборудованием большой единичной мощ-
2005 2006 2007 2008 2009 2010
Рис. 3. Динамика инвестиций на ОГР
Рис. 4. Динамика себестоимости горной массы на ОГР, руб/м3
ности. Особую роль в достижении высоких производственных показателей сыграло внедрение прогрессивных пространственно-планировочных и технических решений, а также повышение операционной эффективности основных производственных процессов, что не требовало серьезных капитальных затрат.
За период 2005-2014 гг. были реализованы следующие основные пространственно-планировочные и технические решения:
- концентрация горных работ, сокращение фронта и уменьшение количества задействованного оборудования на предприятиях с падением рынка сбыта и уменьшением объемов производства. Эта мера применялась преимущественно на буро-угольных разрезах Красноярского края (разрезы «Березовский» и «Назаровский»);
- расширение фронта горных работ и оптимизация их параметров на разрезах, потребность в углях которых значительно возросла («Тугнуйский», «Черногорский» и др.). Это позволило существенно уменьшить потери времени горно-транспортного оборудования;
- закрытие нерентабельных участков и концентрация горных работ на направлениях, способных принести наибольший экономический эффект (разрезы: «Черногорский», «Харанор-ский», «Восточный», «Буреинский», «Изыхский», РУ «Ново-шахтинское»);
- оптимизация работы мощных экскаваторно-автомобиль-ных комплексов. В качестве примера можно привести разрез
«Тугнуйский», где работа экскаватора BUCYRUS-495 HD при погрузке вскрыши в автосамосвалы БелАЗ-7530 организована на два подъезда, что существенно сокращает время простоя мощного экскаваторного оборудования. По такой же технологии работают мощные автовскрышные комплексы на разрезе «Черногорский»;
- увеличение высоты уступа за счет применения новой техники, что позволило сократить количество уступов и уменьшить затраты на их подготовку;
- внедрение циклично-поточной конвейерной технологии для транспортировки угля из забоя до точки погрузки. Такой способ доставки горной массы из разреза на погрузочный пункт применяется в РУ «Новошахтинское» ОАО «Приморскуголь»;
- внедрение на разрезах компании автоматизированных систем диспетчеризации, позволяющих оптимизировать грузопотоки и, в конечном итоге, увеличить производительность вскрышных и добычных комплексов, а также снизить удельные расходы дизельного топлива на автосамосвалах и электроэнергии на экскаваторах;
- разработка и внедрение единой методологии и программного продукта для проведения хронометражей, позволяющего централизованно анализировать работу оборудования и распространять лучшие организационные практики по предприятиям компании;
- закрытие дренажных шахт и бурение взамен водопони-жающих скважин (разрезы: «Березовский» и «Бородинский»);
- изменения в области организации труда, в том числе:
^ оптимальная организация внутрисменной работы путем введения скользящих смен;
^ совершенствование сдельно-премиальной системы оплаты труда;
^ регулярное проведение специальных дней повышенной добычи и вскрыши, предусматривающих отдельную мотивацию.
В целом операционные улучшения основаны на интеграции в производственные процессы предприятий СУЭК цикла непрерывных улучшений (рис. 5).
В цикл непрерывных улучшений вовлечены все основные производственные процессы: буровзрывные работы, экскавация
Рис. 5. Схема организации операционных улучшений (PDCA)
горной массы, транспортировка вскрыши и угля. Для каждого из них внедряются свои, прогрессивные решения и технические новинки. Конечной целью этого процесса является комплексное повышение операционной эффективности процесса добычи угля.
Буровзрывные работы
За период с 2008 по 2014 г. объемы бурения в компании СУЭК увеличились в 1,9 раза. Наряду с увеличением единичной мощности бурового оборудования на предприятиях компании были реализованы и другие улучшения этого процесса:
- внедрена система управления процессами буровзрывных работ, позволяющими на основе информации, получаемой с буровых станков, рассчитывать оптимальные сетки бурения, конструкцию зарядов с учетом структуры массива, осуществлять точное наведение бурстанка на скважину. Все это позволило сократить удельный расход взрывчатых веществ, повысить качество взрыва и производительность бурового оборудования;
Рис. 6. Результаты работы по улучшению буровзрывных работ
- организовано производство взрывчатых веществ на стационарном пункте приготовления Тугнуйского разреза (рис. 6, а) мощностью до 50 тыс.т. в год, что позволило снизить стоимость и улучшить качество применяемых взрывчатых веществ.
Общим итогом операционных улучшений на буровзрывных работах стал рост производительности бурстанков по сравнению с 2008 г. в 2,2 раза (рис. 6, б) с 43 до 94 км на 1 единицу в год. При этом достигнут мировой рекорд бурения — 51,5 км на станок в месяц, который установлен на разрезе «Тугнуйский» в мае 2014 г.
Экскавация горной массы
За период с 2006-2014 гг. общее количество экскаваторов-драглайнов и мехлопат в СУЭК увеличилось только на 7 единиц, средняя емкость ковша — на 13%, при этом производительность единицы техники выросла в 2 раза. Повышение показателя производительности экскаваторов произошло прежде всего за счет улучшения их работы — удельная производительность на кубоковш выросла в 1,66 раза (рис. 7).
Основные технические решения, направленные на повышение производительности экскаваторного оборудования:
- увеличение объемов взрываемых блоков с 0,1-0,2 млн м3 до 1-1,5 млн м3, что позволяет сократить простои добычной и вскрышной техники, связанные с необходимостью её остановки и перегона в безопасное место на момент ведения буровзрывных работ;
12,3 12'4
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
I 1Гррдний объем ковша экскаватора, м3
—С—Удельная производительность парка, тыс. м3 в год/м3 емкости ковша Рис. 7. Динамика производительности экскаваторов и емкости ковша
- применение систем централизованной смазки на драглайнах. В настоящее время, процесс смазки основных узлов экскаватора осуществляется в ручном или полуавтоматическом режиме. Например, установка централизованной системы смазки для экскаватора ЭШ 20/90 позволяет сократить продолжительность процесса со 122 минут до 16 минут в сутки;
- модернизация приводов и систем управления экскаваторов-драглайнов, с применением современных технологий частотного управления и вентильно-индукторных двигателей, что позволяет получить экономию электроэнергии и повысить производительность и техническую готовность оборудования;
- модернизация гидравлических систем шагания, что позволяет снижать аварийные простои экскаватора по причине выхода из строя фильтров и насосов, устранить перегрев масла;
- внедрение программ моделирования работы драглайна, позволяющих моделировать все особенности операций драглайна. Используется для повышения качества среднесрочного и долгосрочного планирования работы экскаваторов;
- полное комплектование цепочек экскаватор-самосвал, что позволяет исключить простои экскаватора по причине отсутствия автотранспорта.
Начиная с 2010 года, в СУЭК регулярно организуются соревнования экскаваторных бригад за достижение наивысших
показателей производительности. Рекордные нагрузки достигаются после хронометража и тщательного анализа работы, выявления узких мест и оптимизации технологических операций экскаваторно-автомобильных комплексов. В процессе достижения рекордных нагрузок на практике апробируются передовые организационно-технологические решения. Внедрение лучших решений позволяет увеличить средние нагрузки на экскаваторах в последующие периоды. За последние 4 года установлено 18 мировых рекордов по производительности экскаваторного и бурового оборудования (табл. 1).
Примером освоения прогрессивных решений может служить работа 41-кубовых экскаваторов BUCYRUS 495 HD, эксплуатируемых на разрезе «Тугнуйский» с 2010 года. С момента установившейся производительности (с 2011 года) оба экскаватора работают с нагрузками намного выше предусмотренных
Таблица 1
#
Год Месяц Разрез Оборудование Рекордный показатель
Рекорды по экскаваторным работам
2012 май Тугнуйский BUСYRUS 495НЮ 1782 тыс. м3
2012 июль Тугнуйский BUСYRUS 495НЮ 1796 тыс. м3
2012 август Тугнуйский KOMATSU РС-2000 628 тыс. м3
2012 сентябрь Тугнуйский BUСYRUS 495НЮ 2005 тыс. мз
2013 май Тугнуйский BUСYRUS 495HD 2011 тыс. мз
2013 июль Заречный Р&Н 2300 ХРС 850 тыс. м3
2014 март Восточно-Бейский KOMATSU РС-3000 624,6 тыс. мз
2014 апрель Тугнуйский BUСYRUS 495HD 2030 тыс. мз
2014 июль Тугнуйский Н1ТАСН1 ЕХ 2300-Е5 705 тыс. м3
2015 январь Черногорский KOMATSU РС-4000 844 тыс. мз
2015 март Восточно-Бейский KOMATSU РС-3000 728 тыс. мз
2015 май Восточно-Бейский KOMATSU РС-3000 751 тыс. мз
2015 июнь Тугнуйский BUСYRUS 495HD 2102 тыс. мз
2015 июнь Восточный KOMATSU РС-1250 372 тыс. мз
2015 октябрь Черногорский KOMATSU РС-4000 910 тыс. мз
Рекорды по буровым работам
2012 октябрь Тугнуйский PitVipeг-271 42 520 пог. м
2013 май Тугнуйский PitVipeг-271 50 499 пог. м
2014 май Тугнуйский PitVipeг-271 51 495 пог. м
#
-а
О
=
К
2 *
-
Я
К
щ *
В К Н С
И
С
О <
§
аз чо
'Л
X О
8
£
ГС и к
Н
-1
№
О *
о 2
ф о
2010 Ноябрь
2010 Декабрь
2011 Январь
2011 Февраль 2011 Март
2011 Апрель
2011 Май 2011 Июнь
2011 Июль
2011 Август
2011 Сентябрь 2011 Октябрь
2011 Ноябрь
2011 Декабрь
2012 Январь
2012 Февраль
2012 Март 2012 Апрель
2012 Май
2012 Июнь
2012 Июль
2012 Август
2012 Сентябрь 2012 Октябрь
2012 Ноябрь
2012 Декабрь
2013 Январь
2013 Февраль
2013 Март 2013 Апрель
2013 Май
2013 Июнь
2013 Июль
2013 Август-гО 13 Сентябрь
2013 Октябрь
2013 Ноябрь
2013 Декабрь
2014 Январь
2014 Февраль
2014 Март 2014 Апрель
2014 Май
2014 Июнь
2014 Июль
2014 Август 2014 Сентябрь
2014 Октябрь
2014 Ноябрь
2014 Декабрь
2015 Январь
2015 Февраль
2015 Март 2015 Апрель
2015 Май
2015 Июнь 2015 Июль
£
техническими характеристиками завода-изготовителя. При паспортной производительности завода-изготовителя на уровне около 1 млн м3 в месяц эти экскаваторы устойчиво достигают нагрузок 1,7—1,8 млн м3. Рекордная производительность — более 2 млн м3 в месяц.
Транспортировка вскрышных пород и угля
В период с 2005 по 2014 годы осуществлялась оптимизация способов транспортирования горной массы с целью удешевления этого процесса. Поскольку применение бестранспортного и транспортно-отвального способов вскрыши ограничено горногеологическими условиями отработки запасов, то основной упор был сделан на максимальное уменьшение объемов дорогой железнодорожной вскрыши и увеличение доли автотранспортной.
Железнодорожная вскрыша полностью ликвидирована на Тугнуйском, Черногорском, Харанорском и Павловском разрезах. В настоящее время на долю автотранспорта на разрезах компании приходится 72% объемов транспортировки горной массы. Железнодорожная вскрыша применяется только на двух разрезах компании: Бородинском и Назаровском.
Поскольку основные объемы грузоперевозок осуществляются с помощью автосамосвалов, то основное внимание уделялось именно этому способу транспортировки. Основным направлением технической политики СУЭК в этом направлении стало увеличение единичной мощности карьерного автотранспорта. За период с 2006 по 2015 г. она увеличилась в 2,4 раза (рис. 9). Наряду с этим осуществлялся комплекс мероприятий, направленных на повышение производительности имеющейся техники:
- сокращение расстояний откатки путем создания транспортных перемычек;
- формирование автомобильных отвалов ниже уровня отметки погрузки;
- увеличение скорости движения путем рационализации уклонов дорог;
- улучшение и поддержание необходимого состояния дорог;
- наращивание бортов автосамосвалов и увеличение полезной загрузки при одновременном снижении расхода ГСМ;
- оптимальное сочетание объема ковша экскаватора с объемом кузова самосвала.
Рис. 9. Средняя грузоподъемность и производительность самосвалов
Рис. 10. Инновационный кузов с полимерным покрытием, разрез «Тугнуйский»
Повышение производительности самосвального парка достигается также посредством реализации мероприятий по сокращению непроизводительных простоев:
- применение мобильных шиномонтажных комплексов для уменьшения времени на замену вышедших из строя шин;
- использование специальных машин для демонтажа и установки редукторов мотор-колес большегрузных самосвалов;
- использование мобильных маслостанций для замены масла непосредственно на месте работы самосвалов;
- применение специальных систем быстрой заправки;
- применение инновационных кузовов с полимерным покрытием, исключающим эффект налипания горной массы к днищу и стенкам кузова (рис. 10).
- применение технологии работы двумя автомобильными забоями;
- сокращение простоев, связанных с ремонтами за счет:
S заключения долгосрочных, 3-5-летних, контрактов на обслуживание с ключевыми подрядчиками;
S применения подхода гарантированного качества оказываемых сервисных услуг по типу SLA;
S создания сервисных складов повышенной номенклатуры для удаленных предприятий;
S развития собственных ремонтных мощностей, осуществляющих ремонты двигателей Cummins, Liebherr, MTU;
S применения агрегатно-узлового метода ремонта;
S стандартизации процессов ремонта;
^ использования прогрессивных систем мотивации ремонтного персонала. В результате реализации этих мероприятий производительность 1 автотонны грузоподъемности автосамосвалов была увеличена в 2 раза (см. рис. 9).
1. Компании СУЭК удалось эффективно провести техническое перевооружение открытых горных работ и получить долгосрочный эффект повышения производительности труда и снижения удельных операционных затрат. Рост производительности основного оборудования за период 2006-2014 гг. составил на буровых работах 2,2 раза, на экскаваторных работах — 1,7 раза, на транспортировании — 2 раза.
2. Организация и поддержание процесса непрерывных улучшений позволяет системным образом повышать эффективность производственных процессов и работы предприятий в целом, а по отдельным позициям добиваться выдающихся мировых достижений.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Артемьев Владимир Борисович — д-р техн. наук, заместитель генерального директора — директор по производственным операциям, АО «СУЭК», e-mail: office@suek.ru
Казаков Сергей Александрович — канд. техн. наук, начальник Аналитического управления, АО «СУЭК»
UDC 622.271
OPEN PIT MINING 2006-2015: ACHIEVEMENTS AND PROSPECTS
Artem 'ev Vladimir B, Doctor of Engineering Sciences, Deputy General Director, Director for Production Operations, SUEK, e-mail: office@suek.ru Kazakov Sergei A., Candidate of Engineering Sciences, Head of Analytical Department, SUEK
Выводы
#
#
The authors present basic figures of open pit mining performance at SUEK — producer of round 70% of coal in Russia. The major organizational and engineering solutions implemented in 2005-2014 in drilling-and-blasting, excavation and mined rock haulage are described. The key achievements are modernization of open pit mines; equipment of open pit mines with new high-production and high-capacity mining and haulage machines, which has kept costs down; introduction of advanced spatial planning, engineering and organization solutions as well as enhanced operating efficiency of basic productive processes.
Key words: open pit mining, open pit mine, achievements, records, prospects, development, solutions.
