Основные средства Лебединского ГОКа (Часть 1)
Обзор карьерных самосвалов одной из крупнейших горнодобывающих компаний России

В. Васильев, фото автора

Разработка Лебединского месторождения железных руд Курской магнитной аномалии началась в 1957 г. Сегодня здесь открытым способом добывают железистые кварциты с содержанием железа не более 30%. Лебединский ГОК – одна из крупнейших горнодобывающих компаний России: темпы ежегодной добычи железистых кварцитов превышают 50 млн. т. Десятки отечественных и зарубежных потребителей поддерживают деловые связи с компанией. Размеры открытого карьера достигают 5 км в длину, 3 км в ширину, а глубина находится на отметке около 350 м. Разведанных запасов железной руды при непрерывной добыче хватит на 300 лет!

Производственная цепочка на Лебединском ГОКе начинается в карьере. В настоящее время на комбинате применяется циклично-поточная технология разработки месторождения. С помощью буровых станков бурят относительно неглубокие скважины в породе для закладки взрывчатых веществ (обычно жидкой селитры). Их масса определяется возможностью безостановочной работы комбината в течение двух недель. После взрыва и разрушения горного массива экскаваторы, фронтальные погрузчики и бульдозеры обеспечивают погрузку полученной рудосодержащей породы в автомобили-самосвалы, которые транспортируют и разгружают ископаемые на перегрузочных складах, находящихся на более высоких уровнях. Там экскаваторы загружают руду в железнодорожный состав. Применение на верхних ярусах карьера ж.-д. транспорта как промежуточного звена объясняется в несколько раз меньшей стоимостью его эксплуатации по сравнению с автосамосвалами. Конечными пунктами полезного ископаемого являются горнообогатительная фабрика и смежные технологические производства, расположенные в непосредственной близости от карьера.

Чтобы лучше понять, что такое карьер, надо вообразить горную выработку ниже поверхности земли, разделенную на горизонтальные слои, которые проходят и по пустым породам, и по полезному ископаемому. Слои в процессе разработки приобретают вид уступов. Для ведения горных работ предназначены так называемые горизонты, которые представляют собой систему горных выработок, расположенных на одном уровне. Именно на горизонтах располагается основное рабочее оборудование для последующей разработки одного уступа. Расстояние между горизонтами по высоте на Лебединском карьере составляет примерно 15 м.

Для транспортировки руды из карьера на промежуточные перегрузочные площадки применяют автомобили-самосвалы. Во второй половине 1960-х годов это были автомобили БелАЗ-540 и -548 грузоподъемностью соответственно 27 и 40 т. Через полтора десятилетия пришла очередь 42-тонных БелАЗ-7548. В 1981 г. в карьере стали работать японские 120-тонные грузовики Komatsu HD1200, к которым в 1986-м прибавилась еще партия таких же машин. В 1988–1990 гг. настал черед отечественных БелАЗ-75191, каждый из которых мог везти 110 т. Последние автомобили Komatsu поступили в 1991–1992 гг. В 1996-м появились американские машины Haulpak 510Е (ныне марка принадлежит Komatsu) грузоподъемностью 120 т.

Сейчас основная транспортная нагрузка ложится на 25 большегрузных карьерных самосвалов, из которых сформирован участок № 1. При этом на долю Komatsu приходится более половины парка. Помимо этого за последние три года приобретены 130-тонные БелАЗ-75131 – по характеристикам технологических дорог Лебединского ГОКа диапазон грузоподъемности (120...130 т) и габаритные размеры самосвалов оказались наиболее подходящими. Чтобы не нарушать технологический цикл транспортировки железорудных концентратов, на работу должно отправляться не менее 17 машин.

Внешне карьерные самосвалы большой единичной мощности, которые эксплуатируются в карьере, напоминают обычные дорожные самосвалы, но их конструкция имеет существенные отличия. Применение большегрузных самосвалов в сочетании с мощными экскаваторами, фронтальными погрузчиками и бульдозерами позволило резко поднять производительность труда и значительно снизить себестоимость погрузки и транспортировки горной массы. При этом существенно сокращается металлоемкость транспортного оборудования, упрощается строительство карьера, снижаются затраты на прокладку и содержание коммуникаций. Довольно заметно сокращаются сроки строительства карьера и потребность в рабочей силе.

Карьерные самосвалы Лебединского ГОКа – одно из ключевых звеньев комплексного технологического процесса выемки породы и добычи полезных ископаемых, при транспортировке породы в отвалы, а полученных ископаемых – к местам накопления. Большегрузными самосвалами перевозят и грунт на вскрышных работах. Карьерные самосвалы – это внедорожные транспортные средства, поскольку из-за больших нагрузок на ось движение их по дорогам общей сети недопустимо. В карьере машины перемещаются по дорогам относительно небольшой протяженности, выполненным в соответствии со специальными стандартами. Так, например, для самосвала грузоподъемностью 130 т требуются дороги шириной не менее 20 м с толщиной щебеночного покрытия более 1 м. Протяженность внутрикарьерных дорог достигает 40 км. По состоянию опорной поверхности дороги являются постоянными и временными. Расстояние перемещения груза самосвалами в среднем составляет 1,8...2,1 км, а самое длинное плечо откатки достигает 3,6...4 км. Средняя высота подъема грузовиков при транспортировке породы – 70...78 м. Максимальная скорость в карьере не более 30 км/ч; обычно груженый самосвал идет в гору со скоростью 15...20 км/ч. Работу грузовиков в карьере обеспечивают гусеничные и колесные бульдозеры разных марок и фронтальные погрузчики, используемые для зачистки экскаваторных забоев и выравнивания поверхности отвалов. Для строительства дорог применяют тяжелые бульдозеры, скреперы, грейдеры и фронтальные погрузчики.

Погрузочная техника должна быть соизмерима с самосвальной – этот фактор серьезно влияет на сроки окупаемости самосвала, которые напрямую зависят от интенсивности его транспортной работы. Увеличенное время погрузки отрицательно сказывается на производительности машин. На Лебединском ГОКе самосвалы заполняют рудой с помощью тросовых электрических экскаваторов производства АО «Ижорские заводы». Вместимость ковшей «прямая лопата» экскаваторов моделей ЭКГ-8Ш, ЭКГ-10 и ЭКГ-12,5 соответственно 8, 10 и 12,5 м³. Это позволяет заполнить кузов автомобиля за 6...8 циклов, что не всегда является оптимальным. К сожалению, попытка поднять производительность за счет использования некоторое время назад двух ижорских 15-кубовых экскаваторов не дала положительных результатов: они не были приспособлены для работы с твердыми скальными породами.

Использование на Лебединском ГОКе самосвалов грузоподъемностью 120...130 т помимо сказанного вызвано нарастанием глубины карьера, а следовательно, и плеча откатки. Максимальная производительность достигается за счет круглосуточной работы экскаваторов и самосвалов, за исключением случаев, когда требуется профилактическое обслуживание или ремонт. За смену самосвалы вывозят 40 тыс. т руды и 5...6 тыс. кубометров вскрышных пород. За сутки транспортируется 120 тыс. т горной массы. Например, среднемесячная выработка на один БелАЗ-75131 составляет 147 тыс. т, пробег с грузом достигает 18 000 км, грузооборот – 1720 тыс. т·км. За каждым самосвалом закреплен экипаж из четырех человек. Рабочая смена каждого водителя длится по 12 ч.

Лучшие эксплуатационные характеристики показывают самосвалы Haulpak 510Е, по конструктивным решениям и качеству изготовления превосходящие и БелАЗы, и Komatsu. Например, наработка до капремонта японской машины – 18...19 тыс. ч, а у американца – 30 тыс. ч. Годовая наработка БелАЗ – 6,5 тыс. ч, а Haulpak (из-за меньших простоев) – 7,5 тыс. ч. Надежность работы самосвалов, как показывает практика, в первую очередь зависит от двигателя. В свое время большие проблемы создавали словацкие дизели Pielstick на БелАЗах модели 75191: половина всех отказов приходилась именно на этот агрегат. Сегодня все самосвалы грузоподъемностью 120...130 т, эксплуатируемые на Лебединском ГОКе, оборудованы американскими V-образными 16-цилиндровыми дизелями Cummins моделей КТА38 и КТА-50 мощностью 1200 и 1500 л.с. соответственно. К сожалению, отечественные моторостроители еще не могут предложить конкурентоспособные модели в этом диапазоне мощности. Дизель серии 8ДМ-21, выпускаемый в России, также уступает зарубежным аналогам.

Отметим, что по сравнению с предыдущими моделями самосвалов БелАЗ-75131 оснащен более надежным генератором переменного тока СГДУ, изготовленным в Екатеринбурге. У этих агрегатов за два года работы произошел только один отказ. Усовершенствованы и мотор-колеса. Ресурс колесного планетарного редуктора, к сожалению, не более 8 месяцев, после чего его надо ремонтировать. Требуют решения вопросы, касающиеся тяговых электродвигателей. Применяемые ранее электромоторы ИК-420 и ИК-420А, производимые в Татарстане, оказались ненадежными – уже в первые месяцы работы стали выходить из строя коллекторы. Пришлось попросить БелАЗ перейти на аналогичные агрегаты ТЭД 6 (С.-Петербург), однако и у них есть изъяны.

В карьерных самосвалах в отличие от классических используется подвеска с пневмогидравлическими упругими элементами и встроенным регулятором жесткости. Нелинейная упругая характеристика подвески обеспечивает необходимую плавность хода самосвала в груженом и порожнем состоянии. На всех автомобилях применяется гидравлическое управление, особенность которого – наличие гидроаккумулятора, обеспечивающего работоспособность рулевого управления при выходе из строя насоса или двигателя самосвала. Передние колеса поворачивают два силовых гидроцилиндра двустороннего действия, дозированную подачу рабочей жидкости в которые обеспечивает следящая система. Гидросистема рулевого управления объединена с гидросистемами подъема кузова и тормозной системой. Хорошим подспорьем на БелАЗах и Haulpak является система централизованной смазки подшипников рулевых тяг и реактивных штанг Lincoln.

Для обеспечения безопасности карьерные самосвалы оборудованы четырьмя тормозными системами – рабочей, вспомогательной, стояночной, запасной (аварийной). На машинах с полезной нагрузкой 120...130 т нашел применение гидравлический привод. Рабочие и запасные тормозные системы самосвалов выполнены с раздельным приводом для передних и задних колес. Для каждого из контуров предусмотрены отдельные аварийные гидроаккумуляторы. Нормальная работа тормозной системы карьерного самосвала возможна лишь при наличии вспомогательной тормозной системы, которая обеспечивает замедленное движение грузовика под уклон и разгружает основную рабочую систему.

У автомобилей с электрической трансмиссией применяется так называемая динамическая система. При нажатии на тормозную педаль сначала срабатывает динамическая система, а затем – рабочая. В качестве рабочих установлены дисковые тормозные механизмы. Самосвалы Лебединского ГОКа оснащены специальными шинами, у которых меньше вероятность порезов породой. На скальных породах лучше себя показали французские шины Michelin и японские Bridgestone с радиальным расположением корда, но и они выдерживают не более 65...70 тыс. км. Каждая такая шина стоит около 10 тыс. USD. От диагональных шин, выпускаемых в Бобруйске, отказались из-за их низкой надежности и долговечности.

Облегчает работу и обслуживание карьерных самосвалов Haulpak комплексная электронная система диагностирования. Она контролирует множество параметров работы автомобиля, предупреждая водителя о неисправностях. Система автоматического взвешивания груза на Haulpak и БелАЗах обеспечивает равномерную загрузку, повышая производительность и срок службы самосвалов. В недалеком будущем на БелАЗах появятся устройства контроля давления воздуха в шинах и количества топлива в баках. Такие машины станут трудиться и на Лебединском ГОКе. В кабине самосвала находятся медицинская аптечка, огнетушитель, при необходимости выдается респиратор. БелАЗы, Haulpak и Komatsu из последней партии оснащены кондиционерами и системами пожаротушения, управляемыми вручную.

Наиболее комфортные условия для работы водителя, по общему мнению, созданы на БелАЗ-75131. К услугам шофера – просторная кабина с термо-, шумо- и виброизоляцией, высокопроизводительные системы отопления и вентиляции, кондиционер, информативная панель приборов, удобно расположенные органы управления, регулируемые рулевое колесо и сиденье на индивидуальной пневматической подвеске. Кабина оснащена защитой ROPS от опрокидывания.

Нельзя не упомянуть о рекордсмене. В цехе технологических машин с 1980 г. эксплуатируется самосвал Komatsu HD1200, пробег которого превысил 1 млн. км, или примерно свыше 100 тыс. машино-ч. Сейчас этот образец собственными силами переоборудовали в 60-кубовую поливочно-оросительную машину. Такая техника нужна для того, чтобы постоянно увлажнять внутрикарьерные дороги и предотвращать пылеобразование, вредное для человека.