Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1 Анализ современного состояния технологии открытой разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях 9
1.2 Современное состояние исследований и проектной практики разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях .. 13
1.3 Характеристика крупных рудных месторождений и обоснование объекта исследований 17
1.4 Цель и задачи исследования 25
2 Исследование влияния климатических условий на эффективность применения горнотранспортного оборудования 28
2.1 Понятие суровых климатических условий разработки месторождений открытым способом 28
2.2 Оценка влияния климатических условий на надежность работы горнотранспортного оборудования 32
2.3 Исследования временной динамики производительности горнотранспортного оборудования в суровых климатических условиях ... 37
2.4 Выводы 48
3 Методика обоснования комплексов горнотранспортного оборудования для открытой разработки рудных месторождений в суровых климатических условияХ 51
3.1 Варианты комплексов горного оборудования и анализ факторов, влияющих на их выбор 52
3.2 Выбор экономического критерия для обоснования комплекса горного оборудования 61
3.3 Новая методика обоснования комплексов горного оборудования для рудных карьеров в суровых климатических условиях з
3.4 Обоснование рационального комплекса оборудования для разработки Олимпиадинского месторождения 73
3.5 Выводы 94
4 Исследование и обоснование технологии разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях 99
4.1 Факторы, оказывающие влияние на технологию открытой разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях 99
4.2 Обоснование концентрации оборудования и ее временной динамики при разработке рудных месторождений в суровых климатических условиях 105
4.3 Технологические схемы производства горных работ в суровых климатических условиях 114
4.4 Выводы 124
Заключение 126
Список литературы
- Современное состояние исследований и проектной практики разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях
- Характеристика крупных рудных месторождений и обоснование объекта исследований
- Исследования временной динамики производительности горнотранспортного оборудования в суровых климатических условиях
- Обоснование рационального комплекса оборудования для разработки Олимпиадинского месторождения
Введение к работе
Актуальность работы. Значительная часть месторождений полезных ископаемых расположена в регионах, где преобладает суровый климат, характеризующийся низкой температурой воздуха, большими ее перепадами в течение суток и сезонов, а также прочими неблагоприятными природными факторами. Разработка данных месторождений труднодоступна и при доминирующем открытом способе существенно усложнена влиянием климатических условий на работающих в карьере людей, машины, механизмы и технологию.
Анализ масштабов открытых разработок и объемов потребления основных видов твердых полезных ископаемых свидетельствует о постоянном их росте и смещении горных работ на все большую глубину и удаленные северные территории. Вместе с тем, достижимо это во многом за счет применения современного горнотранспортного оборудования увеличенной мощности и расширенного спектра, выполнения особых требований технологии, механизации и организации открытых горных работ. Однако правильное решение данных вопросов в настоящее время имеет множество неопределенностей, а в России помимо этого усложнено переходом на новый этап технического перевооружения карьеров. Имеющиеся принципы выбора рациональной структуры комплексной механизации открытых горных работ разработаны еще в 70-80 х годах прошлого столетия и не учитывают всего многообразия современной карьерной техники, представленного на рынке. Поэтому обоснование комплексов горнотранспортного оборудования и формируемой на основе их эксплуатации технологии открытой разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях является актуальной задачей, имеющей практическое и научное значение.
Степень разработанности темы исследования. Обоснованием комплексов горнотранспортного оборудования для открытой разработки рудных месторождений занимались такие ученые как Анистратов Ю.И., Анистратов К.Ю., Арсентьев А.И., Боголюбов Б.П., Васильев М.В., Вашлаев И.И., Заровняев Б.Н., Коваленко B.C., Кулешов А.А., Махно Д.Е., Мельников Н.В., Подсохин Е.Л., Ржевский В.В., Синьчковский В.Н., Совмен В.К., Федоров А.В., Фомин СИ., Холодня-ков Г.А., Яковлев В.Л. и др. Благодаря их трудам создана основа для принятия технических и технологических решений. Но вместе с тем весьма актуальной остается задача обоснования областей эффективного применения современных горнотранспортных машин, а также учета временной динамики показателей их эксплуатации.
Цель работы. Обоснование параметров комплексов горнотранспортного оборудования для разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях.
Идея работы. Для повышения эффективности разработки рудных месторождений в зоне сурового климата необходимо обеспечивать соответствие рациональных параметров горнотранспортного оборудования условиям ведения горных работ и их динамике в пространстве и времени.
Основные задачи исследования.
-
Анализ состояния технологии и особенностей открытой разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях;
-
Обзор рынка карьерной техники и систематизация конкурентных вариантов основного горного оборудования для северных месторождений России;
-
Изучение влияния климатических факторов на показатели эффективности эксплуатации современного горного оборудования;
-
Разработка методики выбора технологических комплексов карьерного оборудования и определение областей их эффективного применения на рудных месторождениях в суровых климатических условиях;
-
Обоснование рациональной концентрации оборудования в рабочей зоне северных карьеров с учетом ее сезонной динамики и разработка технологических схем производства горных работ.
Научная новизна работы.
-
Выявлены закономерности для прогнозирования производительности основного горнотранспортного оборудования в суровых климатических условиях.
-
Определены области эффективного применения современного горнотранспортного оборудования на рудных месторождениях в суровых климатических условиях и установлены закономерности влияния их параметров на производственную мощность карьеров.
-
Установлены зависимости изменения интенсивности разработки северных карьеров от динамики концентрации оборудования в рабочей зоне и предложены технологические схемы производства открытых горных работ, позволяющие снизить сезонное влияние суровых климатических условий.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Систематизированы основные варианты горнотранспортного оборудования для рудных месторождений Севера России.
Установлен оптимальный срок эксплуатации горнотранспортного оборудования в суровых климатических условиях карьеров.
Разработана новая методика для обоснования комплексов горнотранспортного оборудования в суровых климатических условиях.
Предложена технология и организация открытых горных работ, обеспечивающая уменьшение влияния сурового климата.
Результаты исследований использованы для выбора рационального варианта технологии и комплексной механизации открытых горных работ при разработке технико-экономического обоснования освоения глубоких горизонтов Олим-пиадинского золоторудного месторождения. А также использованы при проектировании четвертой очереди карьера «Восточный», самого крупного золоторудного карьера в России.
Методология и методы исследований. В работе осуществлено аналитическое обобщение сведений, содержащихся в научно-технической и специальной литературе. Проведены комплексные исследования, включающие графический и системный анализы, научное обобщение, горно-графическое и экономико-
математическое моделирование, методы технико-экономического сравнения вариантов с применением программного обеспечения ЭВМ. Основные положения, выносимые на защиту.
-
Для повышения эффективности открытой разработки месторождений в суровых климатических условиях технологию горных работ следует увязывать с временной динамикой производительности горнотранспортного оборудования в течение всего срока его эксплуатации.
-
Выбор технологических комплексов горнотранспортного оборудования для открытой разработки месторождений в суровых климатических условиях следует осуществлять с учетом изменчивости показателей их работы и особенностей строения месторождений, используя в качестве экономического критерия минимальные затраты на приобретение и эксплуатацию бурового, выемочно-погрузочного, транспортного и бульдозерного оборудования, обеспечивающего оптимальную производственную мощность карьера.
-
Применение технологических схем комплексной механизации, обеспечивающих изменение концентрации горнотранспортного оборудования в рабочей зоне рудных северных карьеров, позволяет регулировать интенсивность ведения горных работ и уменьшать сезонное влияние природных климатических факторов.
Степень достоверности работы. Подтверждена представительным объемом исходных данных и выполненных технико-экономических расчетов, объектно-ориентированным использованием современных программных продуктов, сходимостью результатов исследований с данными полученными на практике.
Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Открытые горные работы» ИГДГиГ СФУ; на заседании кафедры «Разработки месторождений полезных ископаемых» ИРНИТУ, на IX международной научно-технической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов», (г. Красноярск, 2011); на II международной научно-практической конференции «Техгормет-21 век» (г. Санкт-Петербург, 2011); на XI и XII международной научно-практической конференции «Проблемы карьерного транспорта» (г. Екатеринбург, 2011, 2013).
Личный вклад автора. Заключается в постановке задач исследования, сборе, анализе и обобщении статистических материалов, разработке методики обоснования комплексов оборудования для разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях, установлении зависимостей для ее оперативного использования, в разработке технологических схем производства горных работ.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 4 в изданиях рекомендованных ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 150 страницах машинописного текста, включает 35 таблиц, 48 рисунков, 4 приложения и список литературы из 82 наименований.
Автор выражает искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю, профессору, д.т.н. А.И. Косолапову. Идеи, постоянное внимание, и помощь которого способствовали успешному выполнению работы. А
также к.т.н., директору по производству ООО «Полюс Проект» Д.Е. Малофееву за советы, понимание и вовлечение в научную среду. Автор благодарен всем сотрудникам кафедры «Открытые горные работы» ИГДГиГ СФУ за ценные советы при обсуждении данной квалификационной работы и начальнику «Горногеологического отдела» ООО «Полюс Проект» Д.Г. Одаеву за поддержку и помощь на начальных этапах исследований.
Современное состояние исследований и проектной практики разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях
Научное обоснование вопросов комплектования карьерного оборудования и технологии открытых горных работ, широко отражено в фундаментальных трудах Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, А.И. Арсеньева, Б.П. Боголюбова, Б.П. Юматова, Ю.И. Анистратова, М.В. Васильева, В.Л. Яковлева, А.А. Кулешова, Д.Е. Махно, и других ученых. Сформированные ими методические подходы основаны на обосновании областей рационального применения различных видов горнотранспортного оборудования, учитывают влияние климатических факторов и направлены на повышение эффективности разработки месторождений.
Академик Н.В. Мельников, исследуя особенности разработки месторождений, утверждал, что строительство новых крупных карьеров и расширение действующих возможно только на базе новой техники [19].
Исследованиями академика В.В. Ржевского рассмотрена взаимосвязь карьерной техники и технологии, на основании чего создана теория технологии и комплексной механизации открытых горных работ [20, 21]. С учетом этого классифицированы системы открытой разработки и создана теория вскрытия карьерных полей.
Профессор А.И. Арсентьев, учитывая рабочие параметры горнотранспортного оборудования, исследовал закономерности формирования карьерного пространства, на основе которых разработал способы ведения горных работ, обеспечивающие интенсивную разработку месторождений [22].
Профессора Б.П. Боголюбов, Б.П. Юматов установили факторы, определяющие последовательность внедрения нового оборудования в рабочей зоне карьеров. В их исследованиях показано, что повышение эффективности разработки месторождений можно достичь путем замены устаревшего оборудования более производительным при соответствующем изменении параметров системы разработки и создании оптимальных условий для их эксплуатации.
Исследованиями профессора Ю.И. Анистратова создана энергетическая теория горных работ и обоснованы научные методы формирования комплексной механизации карьера по технологическим потокам.
В институте горного дела МЧ СССР, ныне ИГД УрО РАН, М.В. Васильевым, В.Л. Яковлевым и др. учеными выполнено множество исследований по карьерному технологическому транспорту. На основании чего определены условия его рационального применения и созданы общеизвестные положения стратегии формирования транспортных систем карьеров.
В исследованиях профессора А.А. Кулешова в Санкт-Петербургском горном институте, ныне Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», и профессора Д.Е. Махно в Иркутском государственном техническом университете рассмотрены вопросы надежности горных машин и особенности их работы в условиях влияния сурового климата.
Исследованиями Г.А. Холоднякова, СИ. Фомина в Национальном минерально-сырьевом университете «Горный», B.C. Коваленко в Московском государственном горном университете, Б.Н. Заровняева в горном институте Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова, В.Н. Синьчковского, И.И. Вашлаева в институте цветных металлов и золота, ныне Сибирский федеральный университет, и другими учеными создана солидная основа для выбора современного горнотранспортного оборудования в рассматриваемых условиях.
Глубокий интерес вызывают современные исследования, выполненные в диссертационных работах следующих авторов: К.Ю. Анистратова [23], Е.Л. Подсохина [24], М.Ю. Кадерова [25], В.О. Фурина [26], Г.К. Саменова [27], А.В. Федорова [28].
Так, в докторской диссертации К.Ю. Анистратова разработан новый метод формирования структуры комплексной механизации горных работ на карьерах. Сформулированы методологические принципы определения структуры комплексной механизации открытых горных работ. Установлены зависимости изменения показателей работы машин от времени их эксплуатации.
В работе Е.Л. Подсохина исследованы особенности развития рабочей зоны карьеров при разработке месторождений Севера. Рассмотрена надежность работы горнотранспортного оборудования и технологической системы карьера в экстремальных природно-климатических северных условиях. Оценено влияние климатических факторов и предложены механизмы сезонного управления горными работами. М.Ю. Кадеров обосновывает сезонную технологию комбинированной разработки мрамора в суровых климатических условиях. Интерес представляют принятые технологические решения и использованные автором принципы климатического районирования.
В.О. Фурин в своей работе обосновал целесообразность создания нового углубочного комплекса, состоящего из специализированного экскаватора и гусеничных самосвалов, для доработки кимберлитовых месторождений Западной Якутии. А также предложил условия его эффективного применения. Установленные взаимосвязи между технологическими процессами выемочно-погрузочных и транспортных работ и техническими параметрами комплекса позволяют найти решения для повышения полноты разработки месторождений и сокращения объемов вскрыши.
В исследованиях Саменова Г.К. для глубоких карьеров различной мощности обоснованы области рационального использования экскаваторно-автомобильных комплексов. Предложенные закономерности установлены по критерию минимальных удельных затрат на эксплуатацию экскаваторов и автосамосвалов. В результате выявлено, что различия в рабочих параметрах моделей техники влияют на пространственные параметры карьеров, и степень этого влияния существенно возрастает с глубиной горных работ.
В работе А.В. Федорова исследована эффективность комплексов горнотранспортного оборудования при разработке мощных буроугольных разрезов. Выявлено влияние срока службы горного оборудования на затраты по его приобретению и содержанию. Предложена технология горных работ при замене комплексов оборудования на модернизируемых мощных угольных разрезах.
Анализ проектной практики разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях показывает, что выбор рационального варианта структуры комплексной механизации осуществляют, как правило, после оконтуривания карьера, выполнения горно-геометрического анализа и составления календарного плана горных работ. При этом влияние климатических факторов определяют по имеющемуся опыту на проектируемом предприятии или предприятии-аналоге в среднем за год, а их сезонное воздействие почти не учитывают. Кроме того, основные решения и выбранный вариант комплекса горнотранспортного оборудования принимают постоянными до конца разработки месторождения. Вместе с тем, ввиду сложности и неопределенности технико-экономических расчетов по выбору комплексов оборудования практически не производят.
Резюмируя, стоит отметить, что, начиная со второй половины прошлого столетия, в России сформирована солидная основа для обоснования комплексов горнотранспортного оборудования карьеров. Современные условия разработки месторождений и многообразие карьерной техники требуют ее системного дополнения, первостепенно учитывающего влияние сурового северного климата. Такой системный подход должен быть основан на отказе от традиционных взглядов - рассмотрение карьера как статического объекта, определение показателей на расчетный год и др. А также учитывать большое количество взаимосвязанных факторов, определяющих технику и технологию открытых горных работ как единое целое.
Характеристика крупных рудных месторождений и обоснование объекта исследований
Таким образом, выполненный анализ показал, что производительность характеризуется сезонной динамикой. Причем, ее минимум в суровых климатических условиях соответствует наиболее холодным месяцам - декабрю, январю и февралю, а максимум наиболее теплым - периоду с апреля по октябрь. При этом для бурового и выемочно-погрузочного оборудования с электрическим приводом характерно снижение уровня производительности (У\) в декабре, январе и феврале, порядка 15-20% по отношению к периоду с мая по сентябрь. Для гидравлических же экскаваторов в это время изменение составляет порядка 30-40%. Оценка сезонной изменчивости производительности автосамосвалов показала, что его максимум соответствует августу и сентябрю (увеличение порядка 20%), а снижение производительности в относительно теплый весенний период и в октябре обусловлено ухудшением дорожных условий [33].
Кроме того, при оценке показателей работы экскаваторов ЭКГ-10 были построены графики, приведенные на рисунке 2.8, которые иллюстрируют динамику уровня снижения производительности как в течение оцениваемых месяцев года (УД так и в зависимости от срока эксплуатации (У2).
Далее полученные закономерности и данные норм технологического проектирования [41] были использованы при исследовании влияния суровых климатических условий на производительность карьерных машин по мере увеличения срока их службы (У2). При этом оценено большинство вариантов горнотранспортного оборудования, представленного на современном рынке карьерной техники, в условиях разработки горных пород различной категории по трудности экскавации (всего обработано свыше 70 тыс. данных, коэффициент корреляции составил 0,97-1,0). Результаты исследований по оценке снижения производительности приведены на рисунке 2.9. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Срок эксплуатации, лет Рисунок - 2.9 Динамика уровня снижения производительности горнотранспортного оборудования в течение срока его эксплуатации: 1 - буровые станки электрические; 2 - буровые станки гидравлические; 3 - экскаваторы электрические; 4 - экскаваторы гидравлические; 5 - автосамосвалы Анализ имеющихся данных показал, что для прогнозирования производительности оборудования в различные годы можно использовать уравнение следующего вида: Q = a2-b + c, (2.13) где Т - год использования оборудования с начала его эксплуатации; а, Ь, с -эмпирические коэффициенты (таблицы 2.3-2.5). Таблица 2.3 - Коэффициенты для расчета среднемесячной производительности буровых станков (тыс.п.м), экскаваторов (тыс.м ), автосамосвалов (тыс.ткм) при разработке пород III категории по трудности экскавации Оборудование Май-сентябрь, июль-октябрь Декабрь-февраль
2.4.1. В результате анализа научно-технической и нормативной литературы дано понятие суровых климатических условий разработки месторождений открытым способом. Установлено, что оно основано на принципах климатического районирования и характеризуется жесткостью климата, определяемой температурой воздуха, ее колебаниями, скоростью ветра, влажностью воздуха и прочими климатическими факторами. При этом в соответствии с СНиП 23-01-99 и СП 131.13330.2012 даны критерии, определяющие наименее суровые, суровые и наиболее суровые климатические условия. Используя значения этих критериев, на территории России выделены регионы, расположенные в суровых климатических условиях, и установлено, что в большинстве из них в летний период интервал изменения среднемесячной температуры воздуха составляет от +9 до +20С, а в зимний от -11 до -38С.
На основе выполненного обзора научно-практических исследований оценено влияние климатических факторов на надежность работы горнотранспортного оборудования. В результате установлено, что на карьерах с суровым климатом в зимние месяцы по сравнению с летними в 1,3-1,5 раза возрастает параметр потока отказов при параллельном увеличении трудоемкости ремонтных работ. Это в свою очередь, приводит к снижению коэффициента технической готовности оборудования и его производительности. Причем все большее снижение надежности карьерной техники происходит при увеличении категории пород по трудности разработки.
Обобщая возможные причины снижения технической надежности карьерного оборудования и его производительности в суровых климатических условиях, выделены три группы причин: причины климатического характера, обусловленные актированными простоями техники вследствие критического влияния усложняющих природных факторов; причины технического характера, вызванные ее аварийной поломкой и аварийными ремонтами в климатически неблагоприятный период; а также причины организационного характера, связанные с низким уровнем комфортных условий для обслуживающего персонала и организационных мероприятий в процессе технологии горных работ. При этом часть из них в настоящее время можно в той или иной степени устранить за счет технического совершенствования оборудования, и дополнительного применения устройств из специального северного пакета.
Учитывая временную динамику показателей использования горнотранспортного оборудования в рассматриваемых условиях, подобную оценку предложено осуществлять, используя показатели уровня снижения его производительности в оцениваемый месяц года и оцениваемый год использования. Причем, данные показатели призваны учитывать взаимное влияние объективных условий на результирующее значение производительности оборудования. А сам принцип должен упростить ее прогнозирование. Учтенные таким образом особенности эксплуатации комплексов оборудования с течением времени позволят оптимизировать технологию открытых горных работ.
В результате обобщения и математической обработки статистических данных по карьерам Олимпиадинского ГОКа установлено, что производительность горнотранспортных комплексов характеризуется временной динамикой в течение сезонов года и в зависимости от срока службы машин. Для описания ее сезонной изменчивости можно использовать алгебраические полиномы различных порядков. При этом минимум производительности соответствует наиболее холодным месяцам - декабрю, январю и февралю, а максимум наиболее теплым - периоду с апреля по октябрь. Причем для буровых станков и экскаваторов с электрическим приводом характерно снижение уровня производительности в декабре, январе и феврале, порядка 15-20% по отношению к периоду с мая по сентябрь. Для гидравлических же экскаваторов изменение в это время составляет порядка 30-40%. Однако, для автосамосвалов максимум производительности соответствует августу и сентябрю (увеличение порядка 20%), а снижение характерно для октября и относительно теплого весеннего периода, что обусловлено ухудшением дорожных условий.
Выявленные закономерности уровня снижения производительности оборудования в зависимости от срока его эксплуатации распространены на множество вариантов буровых станков, экскаваторов и автосамосвалов, представленных на современном рынке. В результате анализа имеющихся данных получено эмпирическое уравнение, позволяющее выполнять прогнозную оценку для пород различной категории по трудности экскавации.
Исследования временной динамики производительности горнотранспортного оборудования в суровых климатических условиях
В настоящее время при постоянном ухудшении условий разработки месторождений и смещении вектора открытых горных работ в районы с суровым климатом на горнодобывающих предприятиях РФ происходит новый этап технического перевооружения. Причем совершенствование карьерного оборудования осуществляется как по мощности, так и по типам. Уже сегодня наряду с мощными гидравлическими экскаваторами ведущих мировых фирм Komatsu, Cateroillar, Hitachi, Liebherr на отечественных карьерах и разрезах применяют зарубежные электромеханические экскаваторы Р&Н 2300ХРС, Р&Н 2800ХРС, Р&Н 4100ХРС, Bucyrus (Caterpillar) 495HD с вместимостью ковша 25 м , 32 м , 57 м , 42 м , соответственно. Крупнейший производитель карьерных экскаваторов в России, ООО «ИЗ-КАРТЭКС», учитывая современные потребности рынка горного оборудования, реализует стратегию производства новой линейки экскаваторов ЭКГ-12К, ЭКГ-18Р (ЭКГ-20К), ЭКГ-32Р (35К), ЭКГ-50 [6]. А на Белорусском автомобильном заводе выпущен самый большой в мире автосамосвал грузоподъемностью 450 т.
В этой связи в данном разделе рассмотрены особенности современного рынка карьерной техники, выделены конкурентные варианты горнотранспортного оборудования для разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях, и проанализированы факторы, влияющие на их выбор.
На основании проведенного обзора сформирована таблица 3.1, где приведены основные производители бурового, выемочно-погрузочного, транспортного и бульдозерного оборудования для открытых горных работ. Ее данные подтверждают одну из главных тенденций развития мирового рынка карьерной техники - сосредоточение производства среди крупных объединенных машиностроительных компаний. Такая концентрация производителей позволяет усовершенствовать и оптимизировать научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, производственные процессы, логистику и маркетинг, снизить издержки для изготовления оборудования нового поколения. Наиболее же значимым из данных объединений в последнее время следует считать приобретение компанией Caterpillar всемирно известного производителя карьерной техники Bucyrus в 2011 году [7,10,43].
При этом географически основные заводы таких компаний как Liebherr, Sadnvik, AtlasCopco находятся в Европе, Caterpillar - в США, Hitachi и Komatsu в Японии. А заводы, обеспечивающие увеличение производственных мощностей, в развивающихся странах. Причем расширение географии расположения машиностроительных предприятий определяется необходимостью приблизить их к рынкам сбыта [43].
Кроме того, важнейшей особенностью мирового рынка карьерной техники в последнее время является увеличение единичной мощности буровых и экскаваторно-автомобильных комплексов. Причем такие машины занимают большую часть в структуре производимой продукции машиностроительных компаний. В качестве примеров можно отметить, что в компаниях P&H Mining Equipment и Bucyrus (до ее объединения с Caterpillar), начиная с 2003 года, доля экскаваторов с вместимостью ковша более 40 м составляет не менее 75 %. Эти закономерности в первую очередь связаны с активной разработкой ряда крупных месторождений. Так, на карьере Chuquicamata (компания Codelco в Чили, один из основных в мире производителей меди) успешно применяют экскаваторы Р&Н 4100, Р&Н 4100ХРВ, Bucyrus (Caterpillar) 495HR с вместимостью ковша 43-56 м3, и автосамосвалы Komatsu 930Е, Liebherr Т282, Liebherr Т282В грузоподъемностью 290, 327 и 363 т соответственно.
В перспективе, по данным ряда фирм, можно ожидать создание карьерных экскаваторов с вместимостью ковша до 70-80 м , а также автосамосвалов грузоподъемностью 500 и более тонн.
Основные варианты буровых станков, экскаваторов и автосамосвалов, представленные в настоящее время на рынке и применяемые для открытой разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях приведены в таблице 3.2 и на рисунках 3.1-3.3.
Анализ данных показывает, что в настоящее время для бурения взрывных скважин основными производителями представлено 49 вариантов станков шарошечного бурения. Их возможности позволяют бурить скважины диаметром от 160 до 560 мм.
Основным выемочно-погрузочным оборудованием для суровых северных условий являются экскаваторы с электрическим и гидравлическим приводом. При этом конкурентные варианты первых представлены продукцией крупнейших зарубежных компаний Caterpillar (с широко известными экскаваторами Bucyrus) и Р&Н. А также механическими лопатами двух российских производителей ООО «ИЗ-КАРТЭКС» и ОАО «Уралмашзавод», которые до недавнего времени составляли промышленный альянс ОМЗ - «Объединенный машиностроительный завод». Кроме того, большой ассортимент предложен Тайюаньской машиностроительной компанией (TZ, Китай). Таким образом, в настоящее время на рынке карьерных электрических экскаваторов существует 30 базовых моделей с основными ковшами для скальных пород от 5 до 40 м и рабочей массой до 1500 т.
Мощные гидравлические экскаваторы (с ковшом вместимостью более 5м) производит четыре мировых лидера: Komatsu, Hitachi, Liebherr и Terex (ранее О&К), который в 2010 г. вошел в Bucyrus International, а с 2011 г. контролируется компанией Caterpillar. Выпускаемые ими модели экскаваторов с вместимостью ковша от 5 до 50 м и массой до 1000 т составляют порядка 25 конкурентных вариантов.
Обоснование рационального комплекса оборудования для разработки Олимпиадинского месторождения
В результате оценки рынка горного оборудования структурированы представленные на нем основные варианты техники для разработки рудных месторождений Севера России. Всего же выполненный обзор позволил сформировать около 350 конкурентных моделей буровых станков, экскаваторов, автосамосвалов и бульдозеров импортного и отечественного производства. При этом характерными закономерностями развития мирового рынка карьерной техники являются сосредоточение производства среди крупных объединенных машиностроительных компаний, а также выпуск продукции расширенного спектра, увеличенных типоразмеров и мощности.
Анализ особенностей комплектования горных машин и выбора рациональной структуры комплексной механизации карьеров свидетельствует о том, что для этого следует оценивать целое множество исходных факторов. Обобщая их по каким-либо признакам, выделены следующие группы: природные, технические, технологические, организационные, эргономические, а также факторы безопасности и экономической эффективности. При этом установлено, что вся техника на карьерах для выполнения основных видов работ находится в тесной технологической и организационной взаимосвязи, а обоснование любого варианта буровых, выемочно-погрузочных, транспортных и бульдозерных машин должно быть единым. Кроме того, при формировании сочетаний оборудования в первую очередь определяют выемочно-погрузочные машины, учитывая объемы работ, глубину карьера, высоту уступов, наличие электроэнергии и т.д. Буровые станки должны обеспечивать требуемое качество подготовки горной массы к выемке, а также увязку буровзрывных работ с экскавацией. Машины для выемки, погрузки и транспортирования горной массы характеризуются наиболее жесткой связью, основанный на их базе комплекс требует соблюдения принципов системности.
Выбор варианта технологических комплексов горнотранспортного оборудования следует производить при одновременном обосновании технологии разработки месторождения. От этих решений зависит степень извлечения полезных ископаемых из недр и эффективность работы горнодобывающих предприятий.
Для сравнения конкурентных вариантов технологии и комплексной механизации открытых горных работ необходимо применять технико-экономическую оценку. В качестве основных критериев для этого можно использовать такие известные показатели, как чистый дисконтированный доход, внутреннюю норму доходности, срок окупаемости инвестиционных затрат, индекс доходности. Однако, оптимальное время эксплуатации оборудования следует обосновывать по минимуму удельных накопленных затрат на его приобретение и эксплуатацию, а оптимальная производственная мощность карьера должна соответствовать минимуму удельных затрат на бурение, выемку и погрузку, транспорт и бульдозерные работы.
В результате выполненных исследований обоснован оптимальный срок службы карьерного оборудования для разработки рудных месторождений в суровых климатических условиях. Полученные результаты соответствуют множеству современных буровых станков, экскаваторов, автосамосвалов и бульдозеров, представленных рынке.
Доказано, что для заданной производственной мощности карьера можно подобрать экскаваторный комплекс оборудования, для которого удельные затраты на буровзрывные, выемочно-погрузочные, транспортные и бульдозерные работы минимальны. При этом увеличение производственной мощности карьера предопределяет рост вместимости ковша экскаватора и соответственно диаметра коронки бурового станка, грузоподъемности автосамосвала, вместимости отвала бульдозера.
Апробация выявленных закономерностей и полученных результатов диссертационного исследования выполнена на примере карьера «Восточный» Олимпиадинского золоторудного месторождения. На основании моделирования развития горных работ по разработке IV очереди карьера «Восточный» сформированы два варианта карьерной добычи. При этом глубина карьеров определена с учетом существующего карьерного пространства и возможности прирезки запасов для следующей границы. Так, в первом (условно одноэтапном) варианте глубина карьера составляет 720 м и ограничивается размерами площадок для расконсервации временно-нерабочего борта. Минимальная 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 второй вариант позволяет разрабатывать прирезаемые запасы карьером глубиной 800 м. Причем горные работы здесь ведутся в два горнотехнических этапа.
. Оценка экономичности современных комплексов в рассматриваемых условиях на примере карьера «Восточный» показала, что доминируют варианты с отечественными электрическими экскаваторами. Импортные же экскаваторы с электрическим приводом менее эффективны в связи с высокой первоначальной ценой. Гидравлические машины более затратные, причем характеризуются низкой технической надежностью и имеют малый срок службы. Их использование оправдано при энергодефиците и в условиях, требующих повышенной мобильности.
Результаты выполненной оценки показали, что наиболее предпочтительным для продолжения открытых горных работ на карьере «Восточный» Олимпиадинского ГОКа является вариант с углублением добычи до горизонта -70 м на еще одну (четвертую) очередь. При этом структура комплексной механизации должна быть основана на буровых станках СБШ-250/270, PV-275 с диаметром коронок 270 мм, экскаваторах ЭКГ 20К и Komatsu PC 4000 с вместимостью ковша порядка 20 м3, автосамосвалах CAT 789 грузоподъемностью 177 т и бульдозерах Komatsu WD600, Komatsu D375, Komatsu D475; Т-35.01, Т-40. Это позволит по сравнению с проектными решениями увеличить производственную мощность предприятия на 2 млн.т руды в год, продлить срок отработки месторождения на 3 года и обеспечить чистый дисконтированный доход в ценах III кв. 2014 года порядка 56,8 млрд. руб.