Развитие технологии безлюдной угледобычи с применением комплексов КГРП.

А.Г. Нецветаев, д.т.н., инициатор и руководитель проекта по безлюдной добыче угля в России

А.А. Григорян, Управляющий партнер ООО «Инновационные Горные Технологии»

Д.И. Пружина, Генеральный директор ООО «Инновационные Горные Технологии»
В1977 г. началось создание комплексов прибортовой добычи угля нового технологического уровня, в развитие технологии шнекобуровой выемки с использованием подземных проходческих комбайнов и разработкой различных схем транспортировки угля на поверхность, обеспечивающих более высокие технико-экономические показатели, чем достигались шнекобуровыми машинами.

Наиболее известным комплексом, представленным в то время, стал комплекс The Тhin Seam Miner (разработчик тонких пластов РТП) голландской фирмы «Dieseko», появившийся в 1979 г. Комплекс был разработан группой инженеров из Южной Африки, Европы, США, изготовлен в Голландии судостроительным концерном «Dieseko» и отправлен для сборки в США (рис. 1, 2).

1                     Рис. 1 Схема работы комплекса The Тhin Seam Miner, компании «Dieseko». [1]

Комплекс The Тhin Seam Miner был разработан на основе концепции «бурение-извлечение». Комплекс состоял из следующих компонентов: основной рамы, базового каркаса системы, на котором был смонтирован энергетический модуль с дизельным приводом, кабины оператора, двух барабанов с кабелями для подачи электроэнергии к двигателям режущего модуля.

    2                  Рис. 2 Комплекс The Thin Seam Miner компании «Dieseko». Конструктивная схема

На основной раме установлены: механизм балки-толкателя с двумя мощными гидроцилиндрами (длиной по 6,1 м каждый) для подачи режущего модуля на угольный забой и извлечения его в исходное положение, вращатель шнекового конвейера, загрузочный стол шнекового конвейера.

Шнековый конвейер состоял из коробчатых секций длиной по 6,1 м. Внутри короба каждой секции размещены два противоположно вращающихся шнека, транспортирующих уголь от режущего модуля к разгрузочному узлу комплекса.

В отличие от современных моделей у комплекса РТП отсутствовали подборщик отбитого угля, гамма-датчики для определения границы между пустой породой и углем. Этот комплекс был предназначен для выемки маломощных пластов (до 1,4 м). Выработки получались прямоугольной формы шириной 2,9 м. Угольные перемычки (целики), оставляемые между смежными выработками, предназначались для поддержки кровли и могли составлять всего 0,8 м шириной. Расчетная глубина выработок составляла 75 м, уровень извлечения запасов достигал 66%, что являлось значительным улучшением, по сравнению со шнекобуровыми машинами, уровень извлечения запасов которыми не достигал и 50% (рис. 3).

3                    Рис. 3 Схема работы комплекса The Тhin Seam Miner, компании «Dieseko»

И хотя гамма-датчики в этой модели отсутствовали, опытные операторы вынимали уголь с 3-5 %-ным превышением зольности по отношению к материнской зольности, отрабатываемого пласта.

Компанией «Dieseko» было задекларировано, что производительность комплексов могла составлять 23 т/мин, или 50100 тыс. т/месяц. Мощность отрабатываемых пластов от 0,94 до 4,1 м. Максимальная длина выработок до 180 м. Указанные характеристики, к сожалению, не были подтверждены на практике.

Комплекс The Тhin Seam Miner получил хорошее продвижение на рынке. В 1981 г. уже несколько таких комплексов работало на разрезах в Западной Вирджинии. Различные проблемы в организации бизнеса привели к несостоятельности и краху предприятия в 1983 г. На практике, неспособность комплекса извлекать уголь из глубины более 75 м вызывала недовольство со стороны операторов в связи с хронической необеспеченностью комплексов фронтом работ, а также собственников месторождений, которых не устраивал высокий уровень потерь запасов по глубине отработки.

После банкротства компании бизнес был реорганизован под именем Metec. Это стало шагом вперед, так как новые владельцы компании сосредоточились на улучшении конструкции комплекса в части увеличения глубины отработки запасов и повышении производительности комплексов.

Комплексы были электрифицированы, режущие модули фирмы «Joy» были модифицированы для работы в более мощных пластах, в том числе имеющих прослойки породы. Глубина отработки к середине 1980-х годов уже достигла 183 м. Компания Metec была готова как продавать комплексы владельцам разрезов, так и оказывать услуги по отработке запасов угля.

Таким образом, конструкция комплекса The Тhin Seam Miner претерпела серьезные изменения и была улучшена с учетом наработанного опыта.

Хотя компанией Metecи были произведены значительные улучшения комплексов, компания обанкротилась в начале 1990-х годов.

Комплексы SHM – 1995-2007 г.

4Рис. 4 Комплекс SHM модель 1995 г. с вертикальной разгрузкой. [2]

 

В 1994 г., новые владельцы выкупили права на технологию, оборудование, оставили ключевой американский персонал и организовали компанию Super Highwall Miner (SHM). Опираясь на улучшения, сделанные Metec, новые владельцы создали более совершенную модель комплекса – РТП-разработчик тонких пластов (рис. 4, 5). Фирменным цветом для комплексов РТП компанией SHM, был принят красный цвет.

5Рис. 5 Комплекс SHM модель 1995 г. с вертикальной разгрузкой, конструктивная схема

К 2000 г. производительность РТП уже составляла 90100 тыс. т в месяц (рекорд – 132 тыс. т), глубина выработок была увеличена до 305 м (рекорд по глубине составляет – 345 м). Производство РТП вылилось в интернациональный проект. Компоненты из нескольких европейских стран и от различных поставщиков в США доставлялись для сборки и тестирования персоналом SHM в город Беркли, штат Западная Вирджиния. Комплексы с разгрузкой угля через вертикальную шнековую колонну, и затем на короткий ленточный отвалообразователь выпускались с 1996 г. по 2002 г. или с РТП № 1 по РТП № 23.

6Рис. 6 Работа комплекса РТН-№19. (Западная Вирджиния 2001 г.)

Вертикальная шнековая колонна значительно снижала производительность комплекса, так как разгрузочный шнек в колонне был один, а подающих из забоя шнеков в каждом ставе было по два (дисбаланс по производительности) – образовывались заторы шнековой колонны углем за счет избыточной производительности шнеков конвейера. Кроме того, загрузочный механизм ставов был представлен поворотной рамкой и требовался очень высокой уровень точности в совмещении става и поворотной рамки относительно друг друга. Даже при незначительном перекосе става относительно загрузочной рамки во время подачи става вилочным погрузчиком, с первого раза было невозможно уложить став в загрузочную рамку, что также значительно снижало производительность комплекса.

7Рис. 7 Комплекс SHM-№21 модель 2002 г. с хвостовой конвейерной разгрузкой угля. (штат Западная Вирджиния, США)

Начиная с РТП №21, (рис.7, 8.), который был выпущен в 2002 г., разгрузка через вертикальную, шнековую колонну была заменена на конвейерную разгрузку через хвостовую часть комплекса. Это позволило синхронизировать производительность разгрузочного модуля с подающими уголь из выработки шнеками ставов.

Также был сконструирован совершенно новый загрузочный механизм ставов (МПС2) в виде гидравлического модуля со специальными захватами и загрузочного стола. С загрузочного стола загрузчик забирает ставы гидрозахватами, а колесный вилочный погрузчик укладывает секции става на загрузочный стол для последующего увеличения длины шнекового конвейера, при этом не требуется какой-либо специальной прицельности и точности совмещения става и загрузочного стола, требовавшихся в прежних моделях.

Модернизация этих двух узлов позволила значительно увеличить производительность комплексов.

8Рис. 8 Комплекс SHM модель 2002 г., конструктивная схема

В зависимости от типа режущего модуля современные модели РТП позволяют отрабатывать угольные пласты мощностью от 1,1 м до 4,8 м с углами падения пласта по вертикали и горизонтали до 25є, а также пласты мощностьюболее 4,5 м с углами падения 50-90є. Режущий модуль комплекса врезается вглубь пласта на расстояние до 300 м. Крутопадающие пласты отрабатываются вдоль простирания. Работы осуществляются по выходу пласта с оставлением целиков (рис. 3). Объем извлекаемых запасов угля составляет до 75%.

Комплексы SHM – 2007-2009 г.

9Рис. 9 Комплекс SHM-ТEREX №56 модель 2007 г. [4]

В 2007 г. компания SHM была приобретена компанией TEREX и далее стала функционировать под брендом TEREXSHM. Компания TEREX не стала менять цвет комплексов и они остались в прежнем красном цвете с незначительным количеством белого цвета, в основном это были поручни. Под брендом TEREX-SHM были выпущены комплексы с № 56 по № 68.

Комплексы BISIRUS – SHM – 2009-2011г.

10yu1Рис. 10 а Комплекс SHM-BISIRUS №69 модель 2009 г. [3]

10Рис. 10 б Комплекс SHM-BISIRUS №69 в работе модель 2009 г.

В 2009 г. компания TEREX-SHM была приобретена компанией BISIRUS и далее стала функционировать под брендом BISIRUS–SHM, соответственно и фирменным цветом стал малиновый с белым цветом, в таком цвете выпускались комплексы с № 69 по № 74.

11Рис. 11 Работа Комплекс SHM-BISIRUS вид в профиль

Типичными для США технологическими схемами, являются схемы, когда комплекс РТП извлекает уголь с обеих сторон из специально подготовленной разрезной траншеи либо непосредственно с борта разреза (рис. 12).

12Рис. 12 Возможные схемы выемки угля

 

Комплексы CAT-SHM-2011-н/в

В 2011 г. компания BISIRUS–SHM была приобретена компанией CATERPILLAR и далее стала функционировать под брендом CAT–SHM и соответственно, в желтом фирменном цвете. В желтом цвете начали выпускаться комплексы с № 75. В конце 2014 г. был выпущен комплекс РТП за № 85.

Таким образом, первоначальная конструкция комплекса The Тhin Seam Miner претерпела серьезные изменения, постоянно модифицировалась и продолжает модифицироваться исходя из наработанного опыта.

13yu1Рис. 13 а Комплекс CAT-SHM модель 2011 г. [5]

Наиболее важными модификациями являются:

С комплекса № 21 – применяется разгрузка угля через хвостовой конвейер.

С комплекса № 23 – применяется механизированный загрузочный стол секций шнекового конвейера.

С комплекса № 46 – применяется горизонтальное расположение блока автоматизированного управления.

С комплекса № 56 – применяется новая конструкция соединения и крепления между собой секций шнекового конвейера.

С комплекса № 62 – применяется автоматическая система навигации режущего органа (Through Fiber-Optic Gyro-FOG) и возможно управление режущим модулем в горизонтальной плоскости.

С комплекса №74 – применяются сертифицированные электрические [4] соединения IEC Ex, для модуля U/G обеспечивается возможность работы комплекса при частоте напряжения 50 Гц, против первоначальных 60 Гц, соответствующих стандарту напряжения США. Данное нововведение согласуется с индийскими разрешениями DGMS.

На всех последних комплексах все внешнее освещение, включая прожекторы – светодиодное.

В последнее время некоторые компоненты, получаемые от сторонних производителей, замещены на компоненты производства компании Caterpillar.

13Рис. 13 б Схема выемки угля из траншеи

Так, например, режущие модули для отработки среднемощных и мощных угольных пластов в последних моделях РТП стали устанавливаться собственного изготовления компании Caterpillar, как и многие другие узлы и детали.

Новые дизельные генераторные установки собраны на основе дизельных двигателей CAT 3516. Комплексы CAT– SHM могут работать либо от дизель-генераторов, либо напрямую от электропитания 6,6 кВ, 50 Гц, 2250 кВА. Интерес к данной технологии от клиентов из Южной Африки, Китая, Роcсии и Австралии теперь выше, чем когда-либо. После приобретения бизнеса компанией «Catepillar», комплексы были модифицированы в соответствии с местными стандартами других стран.

14Рис. 14 Комплексы SHM-CAT в работе модели 2011 г.

Сейчас CAT- SHM работает над соответствием требованиям стандартов Австралии и Китая. Основное количество комплексов РТП эксплуатируются в США, в штатах Западная Вирджиния, Вирджиния, Кентукки, Индиана и Огайо, всего 78 комплексов. Все комплексы, находящиеся в США, работают в разных режимах и добывают от 10 до 60 тыс. т в месяц, большое количество комплексов простаивает или работает неритмично, по причине несвоевременной подготовки фронта для добычных работ. Самый производительный, комплекс № 73, в среднем добывает порядка 600 тыс. т в год, работая низкопрофильным рабочим модулем на горизонтальном пласте, мощностью 1,2 м при глубине отработки в 300 м.

За пределы США были поставлены:

В Россию – четыре комплекса SHM-№ 28, 29, 34, 56, из которых 3 шт. в работе под брендом КГРП (комплекс глубокой отработки пластов).

В Индию – два комплекса Buсyrus -SHM- № 69, 74 из них № 69 успешно работает, а № 74 планируется запустить в работу в 2015 г.

В Индонезию – один комплекс Terex -SHM № 62. К сожалению, этот комплекс был потерян при сходе грязевого потока с борта разреза в период сильных муссонных дождей и восстановлению не подлежит.

Всего на конец 2014 г., было выпущено 85 комплексов, из них 84 комплекса изготавливались в городе Беркли, штат Западная Вирджиния, а начиная с № 85 комплексы стали производиться в городе Хьюстон, штат Пенсильвания на производственных мощностях компании Caterpillar.

По данным CAT, на начало 2015 г. в работе находится 67 комплексов, из них в США 63 комплекса, кроме того, в США два комплекса были засыпаны при обрушении борта, один комплекс утоплен, остальные двенадцать комплексов стали «донорами» запасных частей для находящихся в работе комплексов. Оставшиеся семь комплексов были поставлены за рубеж, из них четыре комплекса находятся в работе. Общий объем добычи угля с применением комплексов РТП в США составляет более 30,0 млн т/год.

Заключение

Первые опытные образцы The Тhin Seam Miner были выпущены компанией Дайсеко (Голландия). Из-за убыточности бизнес был продан компании Metec (США), которая по тем же причинам в 1994 г. продала бизнес компании SHM (США). Компании SHM на базе опыта предшественников и произведенных улучшений конструкции комплексов, удалось наладить прибыльное производство комплексов РТП в промышленных масштабах. Далее бизнес продавался с целью повышения капитализации приобретающих компаний.

Хронологически это выглядело следующим образом:

Дайсеко, Голландия – 1977-1983 гг. (убыточное производство)

Metec, США – 1983-1994 гг. (убыточное производство)

SHM – начиная с № 1 (1995-2007 гг.) (прибыльное производство)

Terex-SHM – начиная с № 56 (2007-2009 гг.) (прибыльное производство)

Buсyrus-SHM – начиная с № 69 (2009-2011 гг.) (прибыльное производство)

CАТ-SHM – начиная с № 75 (2011-н/в) (прибыльное производство)

Комплекс CAT-SHM №85 изготовлен уже в городе Хьюстон, штат Пенсильвания, на производственных мощностях компании Caterpillar. Производство комплексов РТП было перенесены туда из города Беркли, штат Западная Вирджиния. На начало 2015 г. общий объем добычи угля с применением РТП в США составляет более 30,0 млн т/год.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:

  1. Брошюра компаниии Дайсеко-1983 г.
  2. Брошюра компаниии SHM-2000 г.
  3. Брошюра компаниии Терекс-2007 г.
  4. Брошюра компаниии Buсyrus- 2009 г.
  5. Брошюра компаниии CАТРЕРИЛАР-2011 г. 

Источник: http://www.mining-media.ru

 


Комментарии: