Добывающая отрасль на разных этапах своего существования использовала новейшие технологические достижения. Открытие взрывных методов поиска полезных ископаемых, несомненно, внесло неоценимый вклад в горное производство, так как во многом увеличило его возможности. Параллельно с технологиями совершенствовалась техника и оборудование для добычи.
Как известно, многие подземные богатства обладают прочностью и плотностью, поэтому породные массивы трудно откалывать и дробить. Именно поэтому разрушение пород с помощью энергии взрыва до сих пор является универсальным и эффективным способом подготовки скальных пород к выемке. Однако взрывные работы наносят существенный урон атмосфере: выбросы продуктов горения взрывчатых веществ постепенно ухудшают экологию планеты. Альтернативой буровзрывным работам стало создание подземных комбайнов для разработки каменных углей или проходки подготовительных горных выработок. Но если машины такого типа были введены в эксплуатацию еще в середине двадцатого столетия, то на открытых горных работах первая попытка такого рода была предпринята на кузбасском разрезе Талдинский только в конце прошлого века. И хотя в связи с малой эффективностью технического оснащения комбайнов при разработке крепких пород на разрезе временно отказались от применения такого оборудования, очевидным стал тот факт, что энергоемкость разрушения породного массива при такой конструктивной схеме очень высока.
Надо сказать, зарубежные компании живо откликнулись на новую тенденцию в сфере добычи полезных ископаемых и стали успешно создавать собственные модели комбайнов для ведения безвзрывных высокоэффективных горных работ открытым способом.
В России на разных предприятиях работает несколько комбайнов (которые также называют «майнеры») немецкой компании Wirtgen Group. В ход у них идут специальные резцы на фрезерном барабане, которые вращаются снизу вверх по мере движения комбайна, тем самым достигая наилучших показателей фрезерования. Надо сказать, что основой для семейства машин Wirtgen послужила конструкция одноименных дорожных фрез, призванных снимать старое дорожное покрытие в процессе восстановления и ремонта автодорог. В прошлом эта наследственность выражалась в маленькой мощности фрезеруемого слоя, что становилось неэффективным в тяжелых условиях ведения горных работ в карьерах. Немецкий производитель, учтя эти факторы, выпустил модели Wirtgen 2200 SM и Wirtgen 2500 SM, отличающиеся повышенной металлоемкостью, лучшей защитой опорных подшипниковых узлов от влаги и пыли, а также защитой дизельного двигателя от загрязненного воздуха. Две последующие модели Wirtgen 3700 и Wirtgen 4200 стали более адаптированными к горным работам, потому каких разработчики существенно снизили вибрацию и улучшили сцепление ходовых устройств, что сделало более эффективным процесс фрезерования. Несмотря на это, при разработке крепких грунтов оптимистичные показатели в работе майнеров резко нивелируются. С увеличением энергоемкости разрушения, расхода топлива и износа резцов исполнительные узлы и механизмы испытывают такую нагрузку, которая приводит к снижению качества работы. А при высокой динамике погрузки острых и тяжелых материалов и их транспортировке — к выходу из строя дорогостоящих шевронных лент.
Собственные комбайны фрезерного типа разработал и другой немецкий производитель — MAN Takraf Fordertechnik. У них резцы фрезерного барабана, в отличие от майнеров Wirtgen Group, внедряются в породу сверху вниз по мере движения машины. Компания предлагает целую серию фрезерных комбайнов Surface Miner. Машины ориентированы на добычу бурых и каменных углей, слабых известняков, фосфоритов. Отличительными особенностями майнеров этой компании стали большая ширина фрезеруемого породного блока, солидная мощность и металлоемкость и высокая расчетная производительность.
Американская компания Vermeer (которая также широко известна своей сельскохозяйственной техникой) выпустила комбайны-траншеекопатели с фрезой на «качалке» позади корпуса. Землеройно-фрезерные машины Vermeer бесценны на тех объектах, где требуется разработка крепких грунтов и исключены взрывные работы. Их резцы внедряются в массив сверху вниз, скалывая куски породы. Еще одно преимущество этой техники — перенос исполнительного органа, что ослабляет влияние колебательных нагрузок на основные узлы и агрегаты.
Австрийцы из VOEST ALPINE разработали стреловые фрезерные комбайны, у которых режущий барабан находится на специальной стреле, что позволяет им вести отработку уступами.
Есть еще один вид горных комбайнов, у которых режущие роторные колеса расположены спереди и сзади. Комбайн KSM фирмы KRUPP FERDERTECHNIK со своими четырьмя роторными колесами может работать с особо прочными породами, причем действуя непрерывно. Кстати, именно эта машина приняла участие в первом российском эксперименте в угольном разрезе «Талдинский» в 1996 году.
И наконец, комбайн Gnasher, который появился в Великобритании, обеспечивает добычу каменной соли из Винфордской шахты. Благодаря залежам этой шахты дороги Британии зимой работают в обычном режиме: сотни снегоочистительных машин посыпают улицы страны солью. С вводом Gnasher в эксплуатацию еже- дневная добыча соли на шахте выросла до 21 тысячи тонн, что стало беспрецедентным достижением в практике добычи соли в Соединенном Королевстве. Вес майнера, добывающего соль, — 130 тонн, мощность — 1346 лошадиных сил. Система добычи — барабан шириной 4 метра, диаметром 1,5 метра. Комбайн Gnasher стал мощнейшим комбайном горнодобывающей промышленности.
Всегда при испытаниях новой техники анализируют ее производительность. Результаты замеров подтвердили высокую эффективность комбайнов по сравнению со взрывной добычей. Комбайны работают с большой скоростью, ими обеспечиваются низкая трудоемкость, простота в обращении и безопасность.
В отличие от взрывных работ у добычи полезных ископаемых фрезерными комбайнами есть явное преимущество: снижение простоев выемочно-погрузочной и транспортной техники карьера, потому что не производится зачистка блоков, отсутствует процесс бурения.
К тому же работы фрезерными комбайнами можно проводить вблизи населенных пунктов — то есть расширяется и география проведения работ. При переходе к комбайновому способу добычи ископаемых уменьшаются затраты, поэтому капитальные вложения окупаются намного быстрее. При условии привлечения грамотных операторов эти машины очень долговечны, хоть и требуют при этом скрупулезного постгарантийного обслуживания.
Несмотря на описанные выше преимущества добычи полезных ископаемых майнерами, на карьерах продолжают использовать и буровзрывной способ извлечения залежей. Альтернативой комбайновой добыче все чаще становятся другие машины, способные выполнять несколько технологических процессов. К примеру, шагающий экскаватор Caterpillar 8750, который обеспечивает высочайшую производительность при минимальных затратах на тонну. Или драглайны отечественного «Уралмашзавода», которые были созданы для добычи полезных ископаемых открытым способом без применения транспорта. Породу они укладывают на борт разреза или в выработанное пространство, а гидравлический механизм «шагания» позволяет экскаваторам перемещаться с высокой маневренностью.
Кроме того, экскаваторы обладают внушительной землеройной силой, по сравнению с комбайнами по добыче полезных ископаемых открытым способом, которые в этом аспекте не могут с ними сравниться.
Преимущество при открытых разработках, прежде всего, имеет перспективные и экономически выгодные решения. Нельзя игнорировать и тот факт, что весь мир встал на путь повышения экологичности, и добывающей промышленности тоже предстоит развиваться в этом направлении. Кстати, по мнению ученых Сибирского Федерального университета Красноярска, карьеры, разработка которых велась открытым способом с применением комбайнов, можно использовать еще и как грандиозную строительную площадку. А ведь в России очень много подобных «ям», которые занимают огромную территорию. За рубежом давно задумались над проблемой дальнейшей эксплуатации отработанных карьеров: вблизи Шанхая построили роскошный отель, в Англии в карьере сделали парк. Технология безвзрывной добычи делает борта карьера более устойчивыми, порода в них со временем не будет сползать вниз. «Мы тоже можем использовать отработанные «выемки»: строить в них спортивные сооружения, предприятия, что-то еще», — предлагает Евгения Назарова, кандидат технических наук, доцент кафедры «Открытые горные работы» Института горного дела СФУ, ведущий специалист и эксперт проектно-экспертного отдела «Горное бюро». При этом в своей кандидатской диссертации, для перспективного строительства и модифицирования отработанных карьеров Евгения Назарова предлагает применять безвзрывные технологии не во всем объеме, а только по краю, для формирования контура. В остальном же предпочтение она отдает традиционным взрывам. При явной экономической выгоде такого предложения в нем не учитывается вопрос сохранности экологии. Продолжая тему, Евгения Назарова отмечает, что «пока добывающие компании не испытывают потребности в массовом использовании безвзрывных технологий. Хотя интерес к замене традиционного взрывного способа… безусловно, есть».
Но какой именно будет эта замена? Аналитики PwC говорят, что горнодобывающим компаниям следует «обновить репутацию», «превратившись из эффективных «обогатителей руды» в выдающихся созидателей». И если уж в мире так остро встал вопрос экологии, то и горнодобывающим предприятиям со временем предстоит перейти на использование техники с электроприводом. По мнению аналитиков, ожидаемый двукратный рост числа электромобилей к 2040 году сформирует облик горной индустрии ближайших лет. Небывалое и стремительное развитие рынка электромобилей породило огромный спрос на никель, кобальт, графит, литий и ряд других металлов. Но тут возникает другая проблема: при достаточно высоком спросе на эти металлы отмечается их дефицит, поэтому не исключено, что производители уйдут в совершенно другие технологии.
«Скажем, в Германии запустили поезд, который работает именно на водородном топливе, он может разгоняться до 140 км/ч. Может быть, это технология будущего, ведь тут тоже нулевые выбросы», — рассуждает Фил Ньюолл, управляющий директор Wardell Armstrong International на московской конференции «Майнекс». Тем временем, судя по материалам госзакупок, «Газпром ВНИИГАЗ» планирует организовать литиевое производство на базе газоконденсатного Ковытинского месторождения в Иркутской области.
Учитывая все сказанное выше, можно с уверенностью ожидать, что курс на экологичность добычи и переработки в России продолжится, будь то совершенствование комбайнового производства или переход от дизеля к электродвигателю. Со временем все больше компаний будут инвестировать средства в безвзрывную модель добычи полезных ископаемых, чтобы снизить существующую нагрузку на флору и фауну Земли.
