Руководство по выбору механизированного горного оборудования и поддержке его оптимизации: не позволяйте высококачественному оборудованию стать бременем для производственных мощностей
В 2019 году медный рудник инвестировал крупную сумму денег во внедрение двух дизельных скреперов с ковшом емкостью 4 м³. Первоначально предполагалось, что это позволит сразу решить проблему с рудой, но неожиданно проблема обнаружилась уже после того, как оборудование спустилось в шахту: радиус поворота тоннеля был недостаточным, и скребки оказались в дилемме; ширина забоя составляла всего 3,5 м, а крупнообъемное оборудование не могло даже завершить рулевое управление;
после того, как расстояние транспортировки превысило 200 м, эффективность дизельных скреперов резко упала, а добыча руды за одну смену была даже ниже, чем у оригинального старого оборудования объемом 2 м³.
Подобная ситуация не является единичным случаем.
В сфере добычи металлов распространены сценарии «хорошее оборудование не соответствует ожидаемой производственной мощности»: эффективность буровых установок составляет менее половины паспортных параметров, скребок не может проходить в узких туннелях, а производительность по добыче руды намного превышает мощность бурения по горным породам, что приводит к длительному простою оборудования.
Суть проблемы не в самом оборудовании, а в ссылке выбора и сопоставления. Выбор оборудования – это не «просто покупка самого дорогого» и не поддержка оптимизации «просто собрать оборудование и запустить». Это системный проект, «адаптированный к условиям рудника»: условия рудного тела определяют направление отбора, параметры оборудования соответствуют потребностям места происшествия, а все технологические мощности могут быть адаптированы друг к другу для получения максимальной выгоды.
1.
Основная логика выбора: состояние рудного тела → параметры оборудования → производственная мощность
Многие компании, выбирая оборудование, сначала смотрят таблицу параметров, а затем сравнивают цены, прежде чем принять окончательное решение. Фактически это значит поставить телегу впереди лошади.
Правильная логическая цепочка выбора должна быть такой: Состояние рудного тела (мощность, наклон, устойчивость окружающих пород) → Определить структурные параметры забоя (сечение, расстояние транспортировки, высота разработки) → Определить тип и характеристики оборудования → Проверить, соответствуют ли производственные мощности потребностям горных работ.
Например, для крутонаклонной тонкой жилы мощностью 2 м и углом наклона 65° ширина забоя составляет всего около 2 м. Зайти в забой со скребком объемом 3 м³ невозможно. В этом случае лучшим выбором будет небольшой скрепер с дистанционным управлением, объёмом ковша 0,9м³ и шириной кузова 1,4м.
Согласно соответствующей отраслевой статистике, с 2022 года Zijin Mining инвестировала в общей сложности более 24 миллионов юаней в разработку 6 типов небольшого и легкого оборудования, подходящего для четырех типичных сценариев бурения горных пород, транспортировки, поддержки и оказания помощи при стихийных бедствиях.
Всего было реализовано и применено 92 комплекта. Среди них небольшой скрепер с дистанционным управлением имеет грузоподъемность до 80 тонн за одну смену продолжительностью 6 часов при условии расстояния транспортировки 50 м, а эффективность добычи полезных ископаемых в три раза выше, чем у электрической граблевой лебедки той же мощности. Первый принцип выбора модели: оборудование должно иметь возможность «входить, работать и выходить».
2. Выбор скрепера: «золотой партнер» вместимости ковша и расстояния транспортировки
Скрепер является основным оборудованием при добыче руды в подземных рудниках.
При выборе керна учитываются три параметра: Вместимость ковша, расстояние транспортировки и толщина рудного тела.
2.1 Расчет часовой производительности скрепера
Почасовая производственная мощность скрепера напрямую определяет верхний предел производственной мощности системы добычи полезных ископаемых. Формула расчета: Q = 3600×q×k₁×ρ/ (k₂×T), где Q – часовая производительность скрепера (т/ч); k₁ – коэффициент наполнения ковша, обычно 0,8; Т — время одного цикла (с), включая погрузку, разгрузку, время разворота и время в пути туда и обратно;
q – объем ковша скребка (м³); ρ – плотность руды (т/м³); k₂ — свободный коэффициент.
В качестве примера возьмем скребок объемом 3 м³ на медном руднике: плотность руды 2,88 т/м³, коэффициент рыхлости 1,6, расстояние транспортировки 80 м, скорость движения 8 км/ч, время разворота погрузки и разгрузки 2 минуты, коэффициент заполнения 0,8. Расчетная часовая производственная мощность составляет 126 т/ч; если расстояние транспортировки увеличить до 200 м, часовая производительность напрямую упадет до 81 т/ч. При увеличении расстояния транспортировки с 80 до 200 м эффективность напрямую падает на 36 %. Это также основная причина, по которой дизельные скреперы большой мощности не подходят для транспортировки на большие расстояния, а скреперы с электрическим кабелем более экономичны при транспортировке на большие расстояния.
2.2 Практические правила выбора боеспособности
Толщина рудного тела/ширина выемки
Рекомендуемая вместимость ковша
Типичное расстояние транспортировки
<2,5 м
0,6~1,0 м³
<80 м
2,5~5м
1,5~3м³
80~200м
5~8м
3~5м³
100~300м
>8м
5~8м³
150~500м
Согласно общедоступной отраслевой информации, первый в стране подземный скрепер объемом 8 м³ оснащен реверсивным шестизвенным механизмом. Общая высота машины на 3% ниже, чем у аналогичных изделий, а сила загребания увеличена на 5%.
Его продвигают и применяют на крупных шахтах в России. Видно, что оборудование большой мощности — это не то же самое, что «глупое и толстое», а структурные инновации могут еще больше расширить сценарии адаптации оборудования.
3. Выбор бурового оборудования: эффективность перфорации определяет ритм горных работ
Бурение – это начальное звено горнодобывающей промышленности. Если эффективность перфорации не будет на должном уровне, все последующие звенья попадут в дилемму «ожидания готовности риса».
Формула для расчета сменной производственной мощности буровых установок: V = v×h×k×n, где V – сменная производственная мощность (м/смену); v — чистая скорость бурения перфоратора (м/ч); h – количество рабочих часов в смене; k — коэффициент использования рабочего времени, обычно 0,4–0,6;
n — количество перфораторов, установленных на буровой установке.
На примере двухрукавной буровой установки в шахте чистая скорость бурения твердых пород составляет 0,8 м/ч, продолжительность работы в одну смену составляет 8 часов, а коэффициент использования рабочего времени составляет 0,5. Расчетная производственная мощность в смену составляет 6,4 м/смену.
Если вместо этого используется небольшая интеллектуальная экскаваторная тележка, скорость продвижения бурения горных пород в условиях твердых пород может быть увеличена с 0,4 м/мин до 1 м/мин, время бурения туннеля того же сечения сокращается с 8 часов до менее 4 часов, скорость продвижения бурения скальных пород увеличивается вдвое, а общая производительность бурения увеличивается более чем в 1 раз.
4.
Оптимизация вспомогательных объектов: преодоление «эффекта бочки» всего процесса
Выбор оборудования — это одноточечная оптимизация, а вспомогательная оптимизация — это полное обновление системы. Полная производственная линия горнодобывающей и транспортной промышленности включает в себя бурение горных пород → взрывные работы → добычу полезных ископаемых → транспортировку и другие звенья. Если какое-либо звено станет недостатком, общая эффективность снизится. Суть поддерживающей оптимизации заключается в том, чтобы производственные мощности каждого звена соответствовали друг другу, а общая мощность адаптировалась к проектной мощности рудника.
4.1 Типичные ошибки поддержки и их решения
Типы ловушек
Работа
Опасности
Решения
Большая гужевая тележка
Большой скрепер с тоннелем малого сечения
Оборудование непроходимое и крайне неэффективное
Подбирайте по размеру забоя
Узкое место
Мощности бурения по горным породам намного ниже, чем мощности по добыче руды
Шахты и оборудование, такое как скребки, простаивают
Сначала бурение по горным породам, согласование мощностей
Транспорт застрял
Электровозовый транспорт не успевает за темпами добычи полезных ископаемых
Шахта ползунка заполнена, добыча остановлена
Улучшить пропускную способность транспортной системы
Последним критерием выбора оборудования является экономическая выгода. Пока стоимость тонны руды может быть снижена, большие инвестиции оправданы.
Формула расчета стоимости оборудования на тонну минерального сырья: С = (P
В качестве примера возьмем скребок шахты объемом 3 м³: инвестиции в оборудование составляют 2,8 миллиона юаней, годовая процентная ставка — 5%, срок службы — 8 лет, ежегодные затраты на техническое обслуживание — 350 000 юаней, а годовая производственная мощность — 180 000 тонн. По оценкам, стоимость тонны горнодобывающего оборудования составляет около 4,2 юаня/т, а срок окупаемости инвестиций составляет менее 4 месяцев. Однако если неправильный выбор приведет к снижению эффективности вдвое, годовая производственная мощность упадет до 90 000 тонн, стоимость горного оборудования за тонну вырастет до 9,64 юаня/тонну, а период окупаемости инвестиций будет продлен до более чем 7 месяцев. Разрыв в выборе будет напрямую отражаться на экономических выгодах.
6. Практический пример
Пример 1: Свинцово-цинковый рудник Гуанси Панлун: Шахта, как правило, имела узкие туннели и могла использовать только скребок объемом 1 м³, что серьезно ограничивало ее производственную мощность.
При продвижении проекта расширения производства мощностью 6000 т/сут компания целенаправленно скорректировала параметры тоннеля и внедрила скребок объемом 3 м³ за счет транспортировки разложения и подземной сборки. На сборку и запуск в производство потребовалось всего 4 дня, что значительно повысило современный уровень производства рудника.
Кейс 2: Рудник цветных металлов Хунань Шичуюань: Компания принимает стратегию поэтапной модернизации для продвижения обновлений оборудования во всем процессе подземной добычи: замена ручных буровых станков интеллектуальными буровыми установками, повышающими эффективность бурения горных пород в три раза; использование больших скребков объемом 5 м³ для удаления 4 м³ и более. За счет удаления старого оборудования эффективность добычи полезных ископаемых на душу населения увеличилась на 20%; он оснащен беспилотными скреперами 5G+ для удаленного майнинга. Только в первой половине 2024 года с помощью технологии дистанционного управления экскавацией было добыто 48 000 тонн забойной руды, что создало экономическую ценность в 32 миллиона юаней, и он был успешно выбран в качестве провинциальной демонстрационной фабрики «Промышленный Интернет 5G+».
Подводя итог, можно сказать, что суть выбора горнодобывающего оборудования и сопутствующей оптимизации заключается в «искусстве сопоставления»: только путем сопоставления рудного тела и оборудования, сопоставления звеньев и связей, а также сопоставления входных и выходных данных можно достичь максимальной выгоды.
Основные принципы можно суммировать в трех предложениях: Состояние рудного тела определяет направление, формула расчета проверяется, а оптимизация соответствия дает преимущества.
