500 метров и даже больше — такой глубины достигают современные открытые горные выработки в России. Это месторождения алмазов, асбеста, золота, железной руды и других полезных ископаемых. Всем известно, что увеличение плеча откатки автомобильного транспорта приводит к росту себестоимости добычи, и, когда глубина карьера достигает 300 и более метров, имеет смысл задуматься об альтернативной технологии подъёма на поверхность руды и вскрыши — например, о внедрении циклично-поточной технологии.
Однако в нашей стране таких проектов реализовано всего несколько: ни на Олимпиаде, ни на трубке «Удачная», ни на Баженовском месторождении хризотил-асбеста ЦПТ нет. Что сдерживает развитие технологии и когда внедрение ЦПТ экономически эффективно? Какие решения могут заменить ЦПТ и ждать ли новых реализованных проектов? Эти вопросы обсудили участники конференции «ЦПТ СПБ — 2024».
Коротко о преимуществах ЦПТ и проблемах внедрения технологии рассказал директор по горному производству — технический директор АО «Гипроцветмет» Антон Куранов. Он обратил внимание на то, что в себестоимости вскрышных работ затраты на транспорт являются основными и могут достигать 60% от общих. Кроме того, карьерные самосвалы — это мощный источник выбросов, пыли, и в глубоких карьерах эти проблемы становятся особенно заметными.
В этом смысле одной из ключевых задач внедрения ЦПТ становится сокращение числа самосвалов. Плюсы очевидны: не нужно покупать расходные материалы, в первую очередь шины, не нужно формировать экипажи — для обслуживания дробилок и конвейеров требуется значительно меньше людей.
Экологическая обстановка в карьере улучшается, себестоимость добычи сокращается (г-н Куранов упомянул, что речь идёт о снижении на 30-40 %, то есть весьма значительном эффекте). Кроме того, предприятие получает возможность прирастить запасы, до которых не могло «добраться», используя классическую технологию. Вроде бы, всё прекрасно, но на строительство ЦПТ по-прежнему решаются далеко не все.
Из очевидных сдерживающих факторов можно выделить большие инвестиции в проект. К тому же универсальных решений в данном случае нет, и для любого карьера ЦПТ придётся проектировать фактически с нуля. Добавим к этому сложные климатические условия России: глубокие открытые горные выработки у нас чаще всего расположены именно в северных регионах, — а также необходимость переформатировать фактически все производственные участки под ЦПТ (об этом подробно рассказал руководитель инженерно-исследовательского центра ООО «СГП» Антон Власов в материале, опубликованном в № 4, 2024 нашего журнала).
Ну и вишенка на торте: у нас есть большие проблемы с оборудованием для ЦПТ, поскольку иностранные поставщики и проектировщики с нашего рынка ушли. Как заметил г-н Куранов, именно они реализовали существующие объекты ЦПТ в России, а запуск каждого из них был событием.
«Наблюдая за тем, как осуществлялось их проектирование, строительство, мы видели, как работают компании со всего мира: Германии, Китая, Турции, Франции и других стран. В существующих реалиях — экономических и политических — это стало проблемой», — заключил Антон Куранов.
По данным специалистов «СПб-Гипрошахт» и АО «Гипроцветмет», история ЦПТ началась в 30-х годах прошлого века. Во всяком случае, анализируя публикации на русском языке, доктор технических наук, доцент, главный технолог ООО «СПб-Гипрошахт» Сергей Решетняк обнаружил самые ранние упоминания о комбинированном автомобильно-конвейерном транспорте, относящиеся к 1936 и 1937 годам. Такую технологию применили для отработки железорудных карьеров в США: это были Сен Поль и Спрус.
Между тем в западной технической литературе первым объектом, где внедрили ЦПТ, называют известняковый карьер около немецкого города Хёфер, и относят это событие к 1956 году. Немецкие добытчики известняка использовали самоходный комплекс с молотковой дробилкой на гусеничном ходу, а также конвейер.
Примечательно, что такое необычное решение они применили вовсе не для того, чтобы сократить плечо откатки и снизить себестоимость добычи: грунты карьера были слабыми и обводнёнными, потому на них просто не удавалось построить технологическую дорогу.
Если немецкий карьер в 1950-х действительно был пионером ЦПТ, то Советский Союз очень быстро и очень точно перенял эту технологию. Так, Сергей Решетняк рассказал, что в СССР проекты ЦПТ также реализовали именно на известняковых карьерах: Ахангаранском в 1961 году (Ташкенская область), Псилерахском в 1962 году (Балаклава, Крым), Пятовском в 1964 году (Калужская область) и ряде других. Массово ЦПТ в СССР начали внедрять чуть позже на железорудных карьерах: Ингулецком, Антоновском (Северный ГОК), Оленегорском, Стойленском и других.
Данные о том, как менялось и совершенствовалось оборудование ЦПТ, собрал и систематизировал ведущий инженер отдела открытых горных работ, канд. тех. наук, доцент АО «Гипроцветмет»
Александр Семёнов (таблица 1). Специалист отметил, что активное развитие технологии, создание полноценных ЦПТ-комплексов началось уже после 2000 года и продолжается по сей день.
Кстати, углубление открытых горных выработок, которое и принято считать предпосылкой для внедрения ЦПТ, специалист назвал не причиной, а следствием. Дело в том, что примерно с 1990-х годов резко возросли объёмы потребления всех полезных ископаемых. По данным г-на Семёнова, в среднем один житель Земли сегодня потребляет 20 тонн минерального сырья, и этот показатель постоянно увеличивается.
Поэтому есть потребность наращивать объёмы добычи — как открытым, так и подземным способом. А это ведёт к развитию транспортных комплексов и совершенствованию схем разработки. И в таблице 2 специалист привёл перечень (неполный) российских и зарубежных карьеров большой глубины, где или внедрили ЦПТ, или теоретически могли бы внедрить. Список получился достаточно внушительным.
Сергей Решетняк представил отдельный перечень российских карьеров, где вопрос внедрения ЦПТ уже выносили на обсуждение. Профильные институты проводили исследования, анализируя необходимость смены технологии. Где-то переход на ЦПТ даже назвали целесообразным, но дальше разговоров дело не двинулось: по различным причинам эти проекты так и не были реализованы. Может быть, пока. Это:
Специалист считает, что часть проектов оказались не слишком удачными в том числе и потому, что ЦПТ попытались «вписать» в схему уже действующего предприятия. Для средних и глубоких карьеров — более 300 метров — целесообразно проектировать ЦПТ ещё на стадии гринфилда, уверен Сергей Решетняк.
В качестве примеров специалист привёл проекты на Ковдорском и Оленегорском ГОКах. В первом случае появился горизонтальный перепробег: получалось, что весь рудный автотранспорт «пробегал» лишних 500 м. Во втором примере были пройдены ненужные подземные выработки для второй очереди ЦПТ: они до сих пор существуют, но для транспортировки руды так никогда и не использовались.
Да и вообще, сама по себе большая глубина карьера не является прямым показанием для строительства ЦПТ. И в России, и в мире есть множество примеров огромных месторождений, которые удалось отработать с использованием традиционного автотранспорта.
Сергей Решетняк вспомнил 800-метровый карьер на территории рудника Палабор в ЮАР. Ну а в нашей стране есть алмазные месторождения, где, несмотря на большую глубину, так и не прижилась ЦПТ.
Заведующий кафедрой «Горное дело» Политехнического института в Мирном Игорь Зырянов рассказал, что «критической» глубины 300 м российские кимберлитовые карьеры достигли ещё в 1980-х годах. В 2015 году на трубке «Удачная» опустились на глубину 640 м, и, по всей вероятности, это не предел (таблица 4).
Учитывая, что российские алмазные карьеры находятся на удалённых северных территориях, можно сказать, что нашим специалистам постоянно приходится выступать в роли первопроходцев и решать те производственные задачи, которые ещё не решал никто в мире. Здесь идёт большая аналитическая и техническая работа, и, конечно, в ходу метод проб и ошибок.
Как рассказал Игорь Зырянов, на карьерах «Алросы» проблема заключалась не столько в большом плече откатки карьерных самосвалов, сколько в непозволительно коротком сроке службы машин в этих условиях.
Так, несмотря на прославленное японское качество, на 27 из 30 приобретённых самосвалов Komatsu через полгода пришлось менять раму — конструкция не была рассчитана на такие низкие температуры. Поднимаясь вверх, самосвал трижды останавливался, потому что попросту перегревался. Caterpillar показал схожий результат: через 150 тыс. км «полетали» рамы 15 из 25 машин партии. 130-тонные БЕЛАЗы в 1990-м году отхаживали 130 тыс. км, после чего шли под списание.
Конечно же, эксперты анализировали альтернативные варианты транспортировки руды и породы, в том числе и ЦПТ. Но в 1992 году, рассказывает спикер, состоялось совещание, на котором специалисты предприятия приняли окончательное решение от этой технологии отказаться. Тому есть целый комплекс причин.
Из очевидных — вложения в ЦПТ на кимберлитовом карьере не окупятся. Такой объект имеет форму усечённого конуса, и если посмотреть на структуру условной трубки глубиной 600 м, то окажется, что вторые 300 м (то есть тот участок, где автотранспорт считается неэффективным) содержат только 35% горной массы, то есть «окупать уже нечем».
«Сегодня говорили о крутонаклонном конвейере Оленегорского ГОКа. Мы попытались на трубке «Нюрбинская“ на нижних горизонтах тоже рассмотреть такой вариант. Крутили, вертели — никак не получается встроить этот конвейер. Да и объёмы небольшие, чтобы всё это окупилось», — объясняет Игорь Зырянов.
Одновременно на алмазном месторождении идёт работа на нескольких уступах, продолжает специалист. Как в таких условиях формировать грузопотоки, чтобы конвейер был эффективным? Кроме того, есть вопрос грансостава. Кимберлитовая руда — это не железо- или медьсодержащая, дробилка попросту уничтожит ценный продукт.
На самом деле, специалисты компании проанализировали самые разные способы транспортировки руды и породы, причём попытались приложить их к каждому конкретному месторождению. Это были и автомобильный, и железнодорожный, и конвейерный (в том числе КНК с прижимной лентой), и скиповой транспорт, и гусеничные самосвалы, и краны, спецподъёмники, и даже грузовая подвесная канатная дорога.
Поскольку с такими задачами добытчики в России ранее не сталкивались, около 15 лет назад выводы специалистов «Алросы» начали противоречить существующим нормативным документам. С такими вводными не работали не только в России, но и в мире: конечно, можно было бы опираться на опыт той же Австралии, но ведь здесь столбик термометра не опускается ниже отметки -50 градусов.
В результате около 10 лет назад «Алроса» разработала первый в стране Национальный стандарт «Разработка алмазорудных месторождений открытым способом в криолитозоне. Требования к проектированию», а также методические пособия, где на 70 страницах изложилф свой опыт за 60 лет работы и выводы относительно плюсов и минусов различных транспортных схем.
Так вот, самой оптимальной эксперты компании признали классическую автомобильную транспортировку.
Но вспомним исходную проблему: машины быстро выходят из строя в северных условиях. Добавим к этому слабые породы кимберлитовых карьеров, их повышенную влажность — одним словом, это не железорудное месторождение, не Ковдорский или Михеевский ГОК.
«Высшее руководство «Алросы“ приняло решение: самосвал должен поехать. Должен поехать — и всё тут», — обозначил Игорь Зырянов.
Партия сказала: «Надо», и самосвалы поехали. Проблему слабых грунтов помог решить «Генерал Мороз»: на карьерах наблюдается значительное повышение прочностных свойств в мёрзлом состоянии по сравнению с талым. Что же касается более тёплых периодов года, то здесь у специалистов предприятия есть свои хитрости.
Ну а самосвалы производители специально дорабатывали под условия «Алросы». С 1991 года алмазодобытчик сотрудничает с заводом «БЕЛАЗ», и благодаря совместной работе удалось увеличить пробег машины со стартовых 130 тыс. до 1 млн км. До 1 млн км удалось увеличить пробег и Komatsu (с 400 тыс. км в 1991 году), и Caterpillar (с 350 тыс. км).
В ход пошли и другие оригинальные решения. Так, на нижних отметках карьера, где очень богатая руда залегала в небезопасной зоне, работали самосвалы на дистанционном управлении — операторы вниз не спускались.
Кроме того, на карьерах «Алросы» появились автопоезда: эту идею в компании тоже долго продвигали, развивали и лечили «детские болячки». В итоге, по словам Игоря Зырянова, автопоезд демонстрирует в два раза меньшую стоимость тонно-километра и в три раза меньший расход топлива, чем традиционный автосамосвал.
К тому же, продолжает эксперт, автопоезда — куда более мобильный способ транспортировки, чем тот же конвейер, они позволяют предприятию оставаться гибким. Алмазный рынок переживает перепады спроса и предложения, в том числе и по политическим причинам. А автопоезда «Алроса» перебрасывала с одной трубки на другую, отрабатывая то рудное тело, которое виделось более перспективным в текущий момент.
«Таким образом, опыт кимберлитовых карьеров и попытка на протяжении 40 лет рассмотреть различные технологии, в том числе и ЦПТ, определённо обогатили науку и практику. Эти объекты заставили обратить внимание на такой показатель, как годовая производительность карьера. К конвейеру не нужно даже подходить, если у вас меньше 10 млн тонн в год.
На канатную дорогу имеет смысл смотреть при производительности от 5 млн тонн в год. Кроме того, важно брать во внимание грансостав. И с глубины 640 метров мы поднимем руду автотранспортом, добившись пробега 1,3 млн км», — подчеркнул Игорь Зырянов.
Конечно, кимберлитовые карьеры — это особые объекты. Но и при добыче других полезных ископаемых ЦПТ не всегда уместна. О существующих ограничениях рассказал генеральный директор «Геотех-Инвест» Василий Лапаев. Главными конкурентами ЦПТ он назвал не только транспортировку руды и породы автосамосвалами, но железнодорожную откатку.
Так вот, г-н Лапаев допускает возможность внедрения ЦПТ на карьерах стройматериалов, но только для транспортировки самого полезного ископаемого (как этап крупного дробления на конвейере), поскольку вскрышные работы здесь небольшие, да и идут они не круглый год. Но карьеры стройматериалов — это, как правило, небольшие предприятия, и мало кто из них может позволить себе существенные стартовые капитальные вложения, которых требует ЦПТ.
Кроме того, на таких объектах не всегда есть возможность пространственного формирования породных отвалов, да и к тому же на рынке просто нет ЦПТ малой мощности. Так что на таких карьерах обычно работают хорошо знакомые и проверенные рынком ДСУ.
На угольных разрезах ЦПТ отлично подойдёт для работы со вскрышными породами: вскрыши на таких объектах много, добыча идёт постоянно. Для угля ЦПТ всё-таки не годится, в том числе и потому, что технология даст переизмельчение.
Но при этом угольщики до сегодняшнего дня не прониклись идеей внедрения ЦПТ. Дело в том, говорит Василий Лапаев, что на российских разрезах карьерное пространство уже сформировано для использование автотранспорта, и переход на ЦПТ, вероятнее всего, потребует серьёзных дополнительных объёмов горно-капитальных работ. К тому же размещение имеющихся отвалов для автотранспорта не всегда подходит для формирования отвалов при ЦПТ.
Ещё один момент: в отличие от рудных карьеров, рабочий борт угольного разреза формируется на всю глубину, так что потребуется пересмотреть порядок ведения вскрышных работ — нужно ведь учитывать подготовку запасов и качество добываемого угля и согласовать всё это со схемой ЦПТ. Да и в целом, как мы уже говорили, введение новой транспортной схемы требует пересмотра сложившейся организации работ и компетенций персонала, а это организационные риски. То есть возвращаемся к тому, о чем говорил
Сергей Решетняк: схему транспортировки имеет смысл определить ещё на ранней стадии существования объекта, это всегда проще, чем встраивать ЦПТ на работающее предприятие.
Плюс к этому угольные карьеры далеко не всегда отрабатывают десятилетиями. По словам Василия Лапаева, если срок жизни разреза менее 20 лет, ЦПТ может и не окупиться.
На рудных карьерах ЦПТ, конечно же, имеет место, г-н Лапаев рекомендует внедрять эту технологию для транспортировки полезного ископаемого и реализовать таким образом этап крупного дробления в карьере.
Ключевыми элементами ЦПТ являются дробильное и конвейерное оборудование. При этом, говорит Сергей Решетняк, речь далеко не всегда идёт о крутонаклонном конвейере (КНК). По данным специалиста, на объектах добычи по всему миру работают порядка 250 КНК всех типов, чаще всего это оборудование задействуют для транспортировки угля и известняков. А на рудных карьерах мира работают только четыре крутонаклонных конвейера.
«Первый из них — это меднорудный карьер Майданпек в Югославии, его запустили в 1992 году. Там предполагалось строительство и второй очереди, но началась война, и её так и не запустили.
Следующим был золоторудный карьер Мурунтау в Узбекистане, в 2011 году здесь запустили КНК. Это вообще уникальный проект — 270 метров подъём по вертикали. Никто даже близко не подступал к этому рекорду, и на Майданпеке речь шла только о 90 метрах.
Дальше был железорудный Оленегорский карьер в России в 2015 году. У него не очень большая производительность — 5,7 млн тонн руды в год. Ну и российский железорудный Михайловский карьер, запущенный в 2020 году. Он рассчитан на 15 млн тонн руды в год, следующий предполагается на 35 млн тонн руды в год — посмотрим, как всё сложится», — рассказал Сергей Решетняк.
При этом значительно активнее на российских открытых горных выработках строят обычные ленточные конвейеры — примеры, собранные специалистом «СПб-Гипрошахт», приведены в таблице 3. Сергей Решетняк в целом обращает внимание на то, что установка конвертных систем на карьерах для транспортировки руды или вскрыши сопряжена со значительными рисками.
«Есть ряд альтернативных ЦПТ технических решений, которые должны оцениваться, чтобы не оказалось, что построенные конвейерные системы имеют недостаточный срок работы с позиций амортизации и окупаемости закупленной техники», — подчёркивает г-н Решетняк.
Если же проект всё же подразумевает строительство конвейера, то специалист рекомендует использовать именно оборудование традиционного исполнения (не КНК), разумеется, если геометрия карьера позволяет разместить на борту такой вариант. И только в прочих случаях целесообразным будет строительство крутонаклонного конвейера или даже двух последовательно по глубине.
Наиболее эффективным эксперт называет КНК с верхней прижимной лентой. Ленты с поперечными перегородками и гофрированными бортами уместны только в исключительных случаях – как правило, они не нужны на открытых горных работах. Что же касается трубчатых конвейеров, то их и вовсе имеет смысл применять только в условиях жёстких экологических ограничений — когда есть острая необходимость исключить просыпание или пыление груза.
Специалист также отметил, что, по его мнению, конвертная транспортировка оказывается эффективным решением только на тех предприятиях, где транспортировать необходимо 20 и более млн тонн руды в год. В этом смысле Оленегорский ГОК с его 5,7 млн тонн оказывается предприятием с недостаточно высокой производительностью.
А вот уход иностранных поставщиков оборудования, по данным спикера, не слишком больно ударил по оленегорскому проекту. Как известно, реализовывали его финские специалисты, для которых, как рассказал г-н Решетняк, это был первый крутонаклонный конвейер. Чтобы построить ЦПТ на Кольском полуострове, они задействовали опыт, накопленный при создании горизонтальных высокопроизводительных конвейеров, и премьера оказалась успешной.
Сложности начались тогда, когда вышел гарантийный срок работы оборудования и пропал доступ к оригинальным комплектующим. Однако механики российского ГОКа находят способы продлить жизнь системы, так что конвейерное оборудование продолжает функционировать.
Текст: Мария Кармакова
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.