Валерий Кирпиченко
Заместитель начальника отдела АО «Рудпром»

    Месторождения железных руд, сложенные мощными рудными телами, составляют в настоящее время основную часть разрабатываемых подземным способом запасов Российской Федерации. На таких месторождениях работают железорудные предприятия Центрального региона страны – АО «Комбинат КМАруда»; Урала – АО «Высокогорский ГОК», АО «Гороблагодатское РУ», АО «Богословское РУ»; Сибири – АО «Таштагольское РУ», АО «Шерегешское РУ», АО «Абаканское РУ».
    Анализ работы железорудных предприятий с подземным способом разработки месторождений показывает, что общая тенденция снижения объемов производства в последние годы прослеживается здесь особенно резко. Так, если в 1990 году железорудными шахтами АО «Рудпром» было добыто 26191 тыс. т сырой железной руды, то в 1996 году объем добычи на них составил 14957 тыс. т, т.е. на 43 % меньше при общем снижении объема добычи сырой руды в железорудной промышленности за данный период на 28 %.
    Более резкая тенденция снижения добычи железной руды в шахтах относительно карьеров объясняется тем, что удельные затраты денежных средств на продукцию шахт значительно выше, чем на продукцию карьеров. Поэтому на рынке сырья продукция шахт менее конкурентоспособна и вытесняется с него в первую очередь. Да и в целом железорудная подотрасль находится в настоящее время на грани банкротства. Так, за восемь месяцев 1997 года рентабельность железорудных предприятий АО «Рудпром» составила лишь 4,5 %.
    Цена на железорудную продукцию находится в прямой зависимости от цены на металл, которая сегодня достигла мирового уровня и изменяется практически незначительно.
    Мировой рынок металлургической продукции сформировался при относительно низких затратах на добычу и переработку сырья, поставляемого из стран, разрабатывающих богатые месторождения с благоприятным для разработки залеганием рудных тел, а именно – из Бразилии (содержание железа в добываемой руде 58 %), Индии (60 %), Австралии (64 %), Швеции (60 %), ЮАР (62 %). Фактическое среднее содержание железа в руде по России составляет 35,8 %, и горногеологические условия разработки их намного сложнее, чем в перечисленных странах, а значит, и затраты на добычу и переработку оказываются несопоставимыми.
    Каким же путем должна пойти железорудная промышленность страны для того, чтобы выйти на нормальную, рентабельную работу? Этот путь предполагает, на наш взгляд, решение трех основных задач:
    – создание механизма оперативной переоценки запасов месторождения с целью исключения из разработки, в зависимости от конъюнктуры рынка, убогих руд;
    – введение системы налогообложения предприятий горной промышленности, исключающей двойной налоговый гнет и благоприятствующей привлечению в нее внутренних и внешних инвестиций;
    – переход на высокоэкономичные технологии разработки месторождений.
    В рамках настоящей статьи не ставится целью рассмотрение первых двух задач. Речь пойдет о совершенствовании технологии разработки месторождения с целью снижения затрат на добычу и переработку сырья, что позволит при практически постоянной цене на металл повысить прибыль железорудного предприятия.
    В настоящее время железорудные предприятия пытаются снижать затраты на добычу любыми путями. Так, зная, что в себестоимости добычи 1 т руды около 40 – 45 % составляют затраты на проходку выработок, предприятия начинают уменьшать объемы проходки. В 1996 году удельный объем капитально-подготовительных выработок снизился, в сравнении с 1988 годом, по подземным предприятиям АО «Рудпром» на 34 % (с 14 м³/тыс. т до 10,7 м³/тыс. т). Такой метод снижения затрат может привести к необратимому сужению очистного фронта и резкому падению мощности предприятия вплоть до его остановки, что уже начинает проявляться на наших глазах.
    Наиболее приемлемый путь – повышение интенсивности технологии добычи, т.е. совершенствование ее с целью минимизации затрат на 1 т добываемой руды.
    В части совершенствования технологии подземной разработки железорудных месторождений, сложенных мощными рудными телами, просматривается довольно радикальным вариант применения циклично-поточной технологии производства.
    Сущность поточного производства в горном деле заключается в последовательном выполнении операций машинами и механизмами, расположенными по ходу технологического процесса по выемке, погрузке, транспортировании, разгрузке и других процессах и операциях, увязанных по производительности. Цикличность в данном потоке может создаваться только за счет вторичного дробления взрывом негабаритной руды при ее выпуске.
    Здесь и далее речь будет вестись в основном о применении циклично-поточной технологии, объединяющей процессы выпуска, доставки, погрузки и транспортирования разрыхленной взрывом руды из блоков. Поскольку эти процессы, во-первых, наиболее трудоемкие, а следовательно, и дорогостоящие, совершенствование их дает большой экономический эффект. Так, доля трудовых затрат только на выпуске, погрузке, доставке руды колеблется от 26 до 41 % от затрат по системе в целом. Кроме того, на рудничный транспорт, дробление и подъем приходится около 33 % трудовых затрат от общего уровня трудоемкости добычи руды. При этом если снижение трудоемкости очистных работ с 1,5 до 3 раз вызывает рост производительности труда на 1 рабочего по руднику только на 20 – 25 %, то при аналогичном снижении трудоемкости перемещения руды от погрузочных пунктов до поверхности возможен рост производительности на 60 – 65 %. Во-вторых, эта группа процессов, будучи завершающей в системе разработки, оказывает существенное влияние на показатели предыдущих работ. В-третьих, имеется большая диспропорция в производительности отбойки и выдачи руды, что дает возможность значительно увеличить производительность перемещения руды из блоков.
    В настоящее время имеется значительный опыт применения различных конструкций питателей, конвейеров и комплексов, составленных из них, на выпуске и доставке руды из блока на подземных предприятиях черной, цветной металлургии и химической промышленности. Использование механизированных комплексов на выпуске и доставке позволяет получить при максимальном размере куска 1000 – 1200 мм прирост производительности в 1,2 – 5,5 раза, снижение протяженности подготовительно-нарезных работ в 1,1 – 2,85 раза и себестоимости в 1,2 – 1,7 раза. Максимальная производительность на выпуске и доставке руды из блока находится на уровне 3000 т/см. Однако существенного повышения эффективности всей системы доставки, выпуска и транспорта достигнуть не удается из-за низкого коэффициента использования оборудования на выпуске и доставке, который находится на уровне 0,1 – 0,3, снижаясь иногда до 0,08 – 0,09. Это объясняется сравнительно низкой производительностью цикличного локомотивного и автомобильного транспорта. Так, производительность локомотивного транспорта находится на уровне 300 т/ч на локомотивосостав.
    Для достижения более высоких показателей наиболее целесообразна конвейеризация процесса.
    Применение конвейеров обычной конструкции, как показывает практика, возможно только при транспортировании горной массы с крупностью куска не более 300 мм.
    В настоящее время горнорудные предприятия при разработке месторождений железных руд, сложенных мощными рудными телами, широко используют системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород, что позволяет повысить эффективность отработки рудных тел, добиться высокой культуры производства и безопасности ведения горных работ. Обычно размер кондиционного куска в выпускаемой из блоков руде составляет 600 – 1000 мм, и это способствует эффективному выпуску при современных средствах. Так, опыт рудников Урала, Сибири показывает, что увеличение размера кондиционного куска с 300 – 400 мм до 750 – 1000 мм позволило сократить объем взрывных работ на горизонте выпуска в 1,5 – 1,7 раза, качественно улучшить условия эксплуатации и вентиляции выемочных блоков, а также безопасность работ. Кроме того, расход взрывчатых веществ на вторичное дробление уменьшился при этом почти в 3 раза, производительность труда на выпуске повысилась в 1,8 раза, а затраты на выпуск и доставку сократились в 4 раза.
    Отсюда ясно, что необходимо ориентироваться на поточную технологию перемещения горной массы с кондиционным куском 1000 – 1200 мм. Для этого необходимы конвейеры специальной конструкции. Применение существующих в настоящее время конвейеров для транспортирования крупнокускового материала оправдывается лишь при транспортировке на короткие расстояния до 150 м, так как стоимость этих конвейеров в 1,5 – 2 раза выше, чем обычных, а конструктивная длина на один привод не превышает 150 м. Создание же большого количества перегрузочных устройств и камер для приводов конвейеров на магистральных выработках способствует повышению запыленности рудничной атмосферы, увеличению объема проходческих работ и работ по обслуживанию приводов, резкому снижению экономической эффективности процесса транспортирования.
    Рассмотрим два направления развития циклично-поточной технологии перемещения горной массы в шахте при разработке железорудных месторождений, сложенных мощными рудными телами: первое – с применением механического дробления обрушенной в блоке руды перед ее транспортированием по магистральным выработкам; второе – с применением относительно дешевых конвейеров специальной конструкции, способных перемещать крупногабаритную руду на дальнее расстояние.
    Первое направление предполагает следующую схему. Руда, выпускаемая питателями из блока, с кондиционным куском 1000 – 1200 мм доставляется в его пределах конвейерами специальной конструкции до участкового дробильного комплекса, где дробится до куска 250 – 300 мм. Далее руда транспортируется участковыми и магистральными ленточными конвейерами обычной конструкции до бункера в шахте или на поверхности.
    Зарубежная практика показывает, что участковые дробильные комплексы стали получать распространение не только при отработке большинства новых крутопадающих месторождений (Кобар в Австралии; Пиа Ридж в США; Фокс, Маделейн в Канаде и т. д.), но и на пологих (Вабана, Геко в Канаде) и горизонтальных месторождениях (Сэндвид, Мидлтон в Англии; Блэк Маунтин на Филиппинах). Зарубежный опыт эксплуатации этих комплексов показал их высокую эффективность в работе. Коэффициент использования дробильного оборудования достигает 0,85. Затраты мощности на дробление 1 т руды составляют 0,07 – 0,15 кВт, а доля энергетических затрат в стоимости дробления руды изменяется в пределах 10 – 14 %. Срок службы конвейерных лент на ряде рудников достигает 5 – 6 лет. На руднике «Уайт Пайн» в США конвейерный тракт протяженностью около 10 км обслуживают восемь человек. Затраты на транспортирование дробленой руды ленточными конвейерами в шахтах при работе в автоматизированном режиме по сравнению с электровозным транспортом снизились почти в 10 раз.
    На участковых дробильных комплексах за рубежом работают мобильные малогабаритные дробилки, которые могут транспортироваться от одного участка к другому по мере их отработки.
    В Восточном научно-исследовательском горнорудном институте разработан участковый дробильный комплекс, располагающийся над участковым рудоспуском и включающий виброгрохот-питатель, дробилку и монтажно-демонтажный комплекс. Двухступенчатая камера с комбинированным движением дробящих плит обеспечивает уменьшение размеров дробилки в 1,4 – 1,6 раза в сравнении с дробилками, применяемыми сейчас в комплексах подземного дробления. Производительность ее в зависимости от крупности, влажности и твердости дробимой руды достигает 300 т/ч, а производительность комплекса за счет применения виброгрохота достигает 1000 т/ч.
    Предпосылки, которые должны соблюдаться при проектировании, строительстве и организации циклично-поточных линий, сводятся к следующему:
    – производственная мощность предприятия или участка должна быть достаточной для того, чтобы оправдать расходы на организацию поточных линий;
    – затраты времени на выполнение каждой операции должны быть в соответствии с заданным темпом выпуска продукции, а все операции должны быть синхронизированы;
    – работа поточных линий должна быть автоматизирована для обеспечения задаваемой непрерывности из работы.
    Внедрение циклично-поточной технологии перемещения горной массы в шахте с использованием участковых дробильных комплексов позволит значительно повысить эффективность добычи руды, но при определенной производственной мощности предприятия или участка, которая делает это экономически целесообразным и определяется по специальным номограммам при проектировании.
    Перспективным видится второе направление развития циклично-поточной технологии на основе конвейеров специальной конструкции, способных перемещать крупногабаритную руду от очистного блока до бункера в шахте или на поверхности, которое устраняет недостатки первого направления, а именно:
    – увеличение изрезанности горизонта в непосредственной близости от очистных работ за счет проведения дополнительных камер, восстающих, наклонных рудоспусков и т. д., что нежелательно с точки зрения создания неравномерного напряженного состояния массива вблизи очистных выработок;
    – вибрация и запыленность при работе дробилки в зоне очистных работ;
    – расположение крупного и ответственного оборудования вблизи зоны ведения взрывных работ;
    – увеличение площади сечения подготовительных выработок для транспортирования оборудования от одного очистного участка до другого;
    – сложность ремонта и обслуживания дробильных комплексов в зоне ведения очистных работ.
    Таким образом циклично-поточная технология перемещения горной массы в шахте позволяет существенно совершенствовать выемку железных руд и снизить затраты на разработку месторождений, сложенных мощными рудными телами. Это, в свою очередь, позволяет повысить конкурентоспособность горнорудных предприятий.