Циклично-поточная технология: какие перспективы?

«Годом рождения циклично-поточной технологии принято считать 1956-й, а появилась она на одном из известняковых карьеров в Германии. С тех пор и сложилось это сочетание цикличного уборочного транспорта и поточного звена, с помощью которого горная масса доставляется до обогатительного производства», — напомнил главный технолог ООО «СПб-Гипрошахт» Сергей Решетняк, выступая на прошлогодней конференции Intekprom в Екатеринбурге.

Таким образом, ЦПТ уже за 60. Нельзя сказать, что последние десятилетия были временем победоносного шествия технологии: примеры её применения единичны, да и само решение не универсально. Однако в последние годы несколько крупных предприятий либо запустили ЦПТ, либо заявили о своём намерении сделать это. Специалисты отрасли говорят, что технология эта перспективная, а объектов, где она могла бы найти применение, в России и странах СНГ не так мало.

ЦПТ: кому это надо?

Первое, на что обращают внимание специалисты, рассуждая о применимости ЦПТ, — это глубина карьера и плечо откатки. А сравнивают ЦПТ чаще всего с технологией автомобильно-бульдозерного отвалообразования.

«Если добывающее предприятие эксплуатирует месторождение, где длина откатки составляет до 4 км, то ему не стоит смотреть в сторону ЦПТ, а вот тем предприятиям, где длина откатки превышает 4 км, она может быть интересна», — объяснял директор российского представительства Tenova Takraf Александр Великанов, спикер выставки Mining World Russia.

Специалист уточняет, что предпосылкой к развитию ЦПТ является увеличение глубины карьеров и разрезов. А движение вглубь — это современная тенденция, её формирует увеличение производственной мощности современных предприятий. Так вот, автомобильный транспорт, проезжая расстояние в 100 метров, способен подняться только на 8 м по вертикали. То есть уклон не может превышать 4 градусов — это «копеечные» показатели.

Конвейер, особенно крутонаклонный, будет транспортировать горную массу значительно производительнее.

Александр Великанов отмечает также, что при увеличении глубины карьера автомобильный транспорт становится всё менее выгодным по сравнению с конвейерным. Во-первых, самосвалы нужно «кормить», они работают на ДТ, а конвейер — от электродвигателя, чей КПД по умолчанию выше.

Во-вторых, для каждого самосвала нужен экипаж  — это четыре человека, в  то  время как конвейер требует куда меньшего количества обслуживающего персонала. Ну и плюс расходники. Из самого заметного тут, конечно, шины: один самосвал — это шесть колёс, и это очень существенная статья затрат.

Свои расчёты провели и специалисты ТОО «Казахстанский институт содействия промышленности». По их данным, автомобильный транспорт целесообразно использовать при глубине карьера до 200 м и дальности перевозок до 3 км.

Далее аналитики «КазИнСоП» решили сравнить техническое оснащение для реализации поточной и  циклично-поточной технологии. По  их расчётам, для работы по первой при годовой мощности карьера в 30 млн м3 предприятию потребуется три экскаватора с ёмкостью ковша 20 м3.

Для транспортировки горной массы с глубины 100 м нужны 12 автосамосвалов грузоподъёмностью 220 тонн. Если «копать глубже», парк придётся расширять: число автосамосвалов возрастает в два раза при углублении карьера на 100 м. То есть, чем глубже карьер, тем больше эксплуатационные затраты на карьерный транспорт и тем ниже производительность.

Работу ЦПТ специалисты «КазИнСоП» просчитывали на примере карьера «Мурунтау». При той же годовой мощности 30 млн м3 для работы ЦПТ понадобится два экскаватора с 24-кубовыми ковшами, 4 автосамосвала на 300 тонн и передвижная дробилка с часовой производительность 10 тыс. тонн в час. Специалисты рекомендуют к использованию шнекозубчатую дробилку, называя это оборудование энергосберегающим.

Конвейер  — крутонаклонный: за счёт такого решения уменьшается длина конвейерного тракта, сокращается время транспортировки. Таким образом, самым заметным эффектом внедрения ЦПТ в  глубоком карьере становится резкое сокращение числа самосвалов; обо всех вытекающих отсюда последствиях мы уже говорили.

Плюс к этому, сокращаются удельное энергопотребление и технологические простои, а производительность труда рабочих возрастает. Ну и как итог, себестоимость добычи руды снижается на 30–40%. К тому же появляется возможность увеличения глубины выработки до 1 км.

Руководитель направления «Магистральный конвейерный транспорт» АО «НПО «Аконит» Сергей Кузнецов считает, что нужно учитывать не  только глубину выработки, но  и  запланированный срок жизни месторождения. По словам специалиста, рационально внедрять подобную технологию в  проектах, рассчитанных минимум на 10 лет.

«Если срок выработки карьера 10–15 лет и больше, о ЦПТ задуматься можно и нужно. Также в проекте необходимо обеспечить беспрерывную подачу материала, для этого в ЦПТ строят накопительные склады. Если есть опасность простоя оборудования и его «недогруз», то проект по внедрению ЦПТ не окупится. Стоимость простоя порой может оказаться дороже самого оборудования», — отмечает г-н Кузнецов.

Специалист, кстати, считает, что традиционное сравнение ЦПТ и транспортировки автотранспортом не совсем корректно: есть проекты, где автотранспорт будет единственным выгодным способом транспортировки, и это не значит, что ЦПТ «проиграла».

Как бы то ни было, на карьерах в странах СНГ наибольшую популярность сохраняет традиционная поточная технология. Почему? Специалисты НПО «Аконит» связывают этот факт с большими инвестициями, которых требует строительство инфраструктуры ЦПТ.

«ЦПТ внедряют не потому, что это «модно» или «популярно». Прежде всего речь идёт об экономическом обосновании. Увеличение количества проектов возможно только при наличии спроса на добычу продукции и  её поставку покупателю.

Если, как в Хакассии, идёт сокращение объёмов добычи угля, то о каких предпосылках для развития проектов ЦПТ в регионе можно говорить? Другое дело  — карьеры на Севере, где большие расстояния и глубины добычи: здесь уже можно обосновать инвестиции в ЦПТ», — добавляет Сергей Кузнецов.

При этом специалисты НПО «Аконит» соглашаются с тем, что данная технология является очень перспективной: по данным компании, внедрение ЦПТ может снизить себестоимость транспортировки насыпных грузов до 40%. И в мире это решение применяется очень широко, так что за ним будущее.

Революционный подход мурунтау

Рассмотрим проекты, где ЦПТ показала себя с лучшей стороны. Здесь, конечно, уместно вспомнить уже названный карьер Мурунтау (Узбекистан), который отрабатывает Навоийский горно-металлургический комбинат. В своё время комбинат совершил революцию в отрасли, став одним из советских пионеров внедрения ЦПТ.

Технологию успешно используют на объекте ещё с 1984 года. Оборудование включает в себя две конвейерные циклично-поточные линии, обеспечивающие подъём горной массы на высоту 142 м. Подъёмные конвейеры комплекса установлены под углом 15°. Сегодня Мурунтау уже и представить нельзя без ЦПТ: за годы эксплуатации по конвейерным линиям из карьера подняли больше 1 млрд тонн.

Но карьер продолжает расти. И  в 2009 году здесь приняли стратегическое решение о переходе к  транспортированию горной массы комплексами ЦПТ с применением КНК (крутонаклонных конвейеров). И в 2011 году здесь запустили уникальный комплекс «ЦПТ-Руда», созданный при активном участии Новокраматорского машиностроительного завода.

В состав комплекса входит крутонаклонный конвейер КНК-270 производительностью 3 500 т/час. С его помощью можно поднимать горную массу на высоту 270 м под углом 37 градусов. Проектная мощность комплекса составляет порядка 4 млн тонн руды в год. На реализацию этого небывалого проекта предприятие решилось, поскольку здесь как раз сошлись все описанные выше условия.

Глубина карьера уже превышает 500 м, а в планах углубление до 1 000 м. Как мы говорили, для автотранспорта это запредельные показатели. К тому же для работы самосвалов нужна была рабочая площадь в  рудной зоне, а чтобы сохранить её при углублении карьера, пришлось бы разносить борта, что в условиях Мурунтау было фактически нереально.

Внедрение ЦПТ позволило предприятию отказаться от 16 самосвалов (190-тонников), а оставшиеся стали работать на 30% производительнее, ведь плечо откатки сократилось. К  тому же улучшился микроклимат карьера: в глубоких выработках все выбросы спецтехники концентрируются внизу, и это ещё один повод сократить число автомобилей.

В общем, Сергей Решетняк вполне закономерно отметил, что «на  Мурунтау совершили революцию в  отрасли», а начальник рудника Фёдор Кравченко сказал, что «Мурунтау всегда был полигоном для испытания новой техники и новых технологий».

«Горняки Мурунтау совершили огромный технологический прорыв, внедрив у себя крутонаклонный конвейер. Они показали всему миру, что нечего опасаться этой техники. Преимущества её были известны давно, но все боялись применять КНК: казалось, что внедрение обязательно будет сопряжено со сложностями и рисками», — говорит Сергей Решетняк.

ЦПТ и уголь

При этом все понимают, что на Мурунтау добывают золото — востребованный ликвидный продукт. Не  зря золотодобывающую отрасль называют драйвером развития новых технологий: здесь уместно внедрять уникальные дорогостоящие решения, ведь они почти наверняка окупятся. А что если речь идёт о добыче менее дорого продукта, например угля?

Для угольных разрезов ЦПТ также применима, что доказывает опыт разреза «Богатырь» (Экибастуз, Казахстан). Ожидается, что технологию запустят уже в этом году.

На самом деле, где, как не здесь: в  1985 году разрез занесли в Книгу рекордов Гиннеса как объект с самой большой годовой производительностью. «Богатырь» и сегодня является одним из крупнейших угольных разрезов в мире. Параметры разреза — 5 на 4,5 км, глубина — порядка 300 м, есть перспектива углубления до 400.

Долгие годы на разрезе использовалась автожелезнодорожная технология. То есть отгрузка идёт с помощью электрических и гидравлических экскаваторов большегрузных самосвалов, которые везут уголь до пунктов формирования штабеля. На отгрузке работают роторные экскаваторы, их на разрезе пять единиц. Уголь грузится непосредственно в железнодорожные полувагоны.

«Месторождение у нас имеет конусообразное залегание до 600 м, промышленные запасы признаны до 400 м. Железнодорожный транспорт рентабельно использовать до глубины 200 м. Применение его на большей глубине ведёт к резкому увеличению стоимость продукции. И нам нужно было найти решение для минимизации себестоимости.

В 1998 году была создана рабочая группа, которая проанализировала передовые технологии во всём мире. Выбирали из пяти вариантов и пришли к технологии автоконвейерной.

Мы уходим от таких операций, как расформирование порожнего состава, погрузка и вывод его наверх, взвешивание, дозировка, формирование. Благодаря ЦПТ всё это будет происходить в одно касание: двойник заходит на место погрузки, предусмотрена скоростная точная погрузка.

К тому же мы получим улучшение качества: если сейчас у нас во внутрикарьерных усреднительных складах разброс зольности достигает 6%, то на приповерхностных складах он составит не  более 2%.

Потребитель получит равномерное качество, что очень важно для энергетиков. Время оборота вагонов мы сократим почти в три раза, за счёт этого производственную мощность предприятия удастся увеличить на 8 млн тонн: если сейчас это 32 млн тонн, то будет 40 млн тонн»,  — рассказал главный менеджер проекта ЦПТ ТОО «Богатырь Комир» Сергей Угаркин.

По проекту транспортировка угля по новой технологии будет идти так. Самосвалы будут доставлять уголь на дробильно-перегрузочный пункт — таковых предусмотрено четыре. Прошедший дробление уголь по конвейерам будет доезжать до  главных подъёмных конвейеров, которые и доставят его на усреднительный склад.

Уже понятно, что ЦПТ — это технология для объектовгигантов. В России тоже есть разрез-рекордсмен — Бородинский (расположен в Красноярском крае, входит в состав «СУЭК»). Это самый крупный угольный разрез в России, в 2016 году здесь отгрузили миллиардную тонну угля.

Но это особенный объект: глубина залегания полезного компонента не превышает 100 м, при этом мощность пласта достигает 45 м. Как и на «Богатыре», на Бородинском разрезе добывают энергетический уголь. Однако специалисты ОАО «СУЭК-Красноярск» считают, что внедрение на объекте ЦПТ будет экономически обосновано.

Исходят эксперты из того факта, что конкуренция на рынке поставщиков энергетического угля в последние годы резко обострилась. Это значит, что предприятиям необходимо внедрять более эффективные технологии добычи и транспортировки полезного ископаемого, чтобы оставаться на плаву.

В своей статье «Использование циклично-поточных технологий на  добыче угля в целях повышения операционной эффективности работы разрезов» специалисты разреза Андрей Фёдоров и Денис Горев обосновывают эффективность работы экскаваторно-автомобильного комплекса на объекте.

«Изучение опыта лучших мировых практик показывает, что более эффективными являются технологии, предусматривающие транспортировку угля автомобильным транспортом до приёмного бункера, через который загружается стационарный погрузочный пункт и откуда производится погрузка в железнодорожные вагоны.

При принятии решения об изменении технологии и переходе на автотранспорт возникает проблема, которая также требует пристального внимания и разрешения: при доставке угля к приёмному бункеру, который, как правило, находится на  поверхности разреза, используются съезды (выезды), имеющие достаточно большую протяжённость и практически предельные для автотранспорта уклоны.

Это приводит к тому, что автомобили работают в зоне повышенных нагрузок, а следовательно, их износ и удельные затраты на дизтопливо близки к максимуму.

В этом случае более эффективной альтернативой является применение циклично-поточной технологии, когда приёмный бункер располагается вблизи нижних добычных уступов разреза, а доставка угля от приёмного бункера до загрузочного пункта осуществляется конвейерным транспортом», — пишут авторы.

Руда на конвейере

Активное применение ЦПТ находит на железорудных карьерах, и в последние годы несколько крупных предприятий России внедрили эту технологию на своих объектах. Впрочем, Оленегорский карьер «Олкона» в прошлом году отметил 40-летие ЦПТ на предприятии: тогда, в 1981-м, это решение стало по-настоящему прорывным.

Ещё в те годы решение оценивали как весьма успешное: удалось существенно снизить затраты на транспортировку руды. Была в планах и вторая очередь, но в дело вмешалась перестройка. При этом глубина карьера всё увеличивалась, и уже в 2013-м на предприятии решили строить уникальный дробильный комплекс с КНК. Сейчас из двух ниток дробления ЦПТ правая законсервирована, левая работает во время ремонта ДКК.

КНК возведен в Оленегорском карьере с отметки минус 65 метров (площадка перегрузки подземного рудника) до корпуса крупного дробления ЦПТ (отметка + 60 метров). Руда поставляется КНК в действующие конвейерные линии ЦПТ.

«Нами разработан проект первого в России дробильно-конвейерного комплекса циклично-поточной технологии транспортировки руды с использованием крутонаклонного (36 градусов) конвейера. Технические решения, разработанные специалистами «СПб-Гипрошахт», позволили значительно сократить затраты на  транспортировку руды автотранспортом», — с гордостью говорят специалисты «СПб-Гипрошахт», которые разработали и реализовали этот уникальный проект.

«Успешно построив КНК, мы фактически дали многим горным компаниям шанс почувствовать уверенность в том, что такой проект реален и он будет работать. По сути, мы стали первооткрывателями такого направления в стране. Это уникальное сооружение в масштабах всей компании «Северсталь», и даже больше — всей горно-добывающей отрасли России и  Европы.

В рамках схем ЦПТ неоднократно рассматривались КНК, однако примеры реализации их на рудных карьерах мира можно сосчитать на пальцах одной руки», — сказал во время запуска КНК Александр Попов, на тот момент занимавший пост генерального директора АО «Олкон».

И, конечно же, отметим один из самых «свежих» проектов в отрасли  — запуск ЦПТ на Лебединском ГОКе «Металлоинвеста», который пришёлся на лето 2022 года, на год 55-летнего юбилея ГОКа. А о начале работ комплекса ЦПТ компания объявила в 2017 году — всё это время шла большая стройка.

Прежде на карьере работала традиционная схема транспортировки руды: экскаваторы грузили её в самосвалы, те везли её на специальные узлы, где руду перегружали в ж/д составы, которые и везли полезное ископаемое на  ОФ. Теперь же процесс организован так: самосвалы привозят руду, она измельчается и уже в таком виде транспортируется с помощью конвейеров на поверхность, после чего отправляется на обогатительную фабрику.

В состав комплекса ЦПТ, внедрённого на ЛГОКе, вошли 2 дробильных комплекса, 2 подъёмно-магистральных конвейера общей протяжённостью свыше 3 км, а также 3 перегрузочных узла, 4 перегрузочных конвейера и буферный склад для хранения запасов железной руды. Для управления комплексом на комбинате организован отдельный диспетчерский пункт.

В пресс-службе УК «Металлоинвест» отмечают, что внедрение ЦПТ позволит транспортировать по меньшей мере 55 млн т руды в год. За счёт запуска высокотехнологичного комплекса на Лебединском ГОКе смогут вовлечь в отработку свыше 400 млн т запасов железной руды.

При этом предприятие снизит негативное воздействие на окружающую среду. По расчётам компании, на 33% сократится показатель по выбросам пыли, к тому же будет образовываться примерно на 20–40% меньше вскрыши.

Младший брат

Таким образом, если комплексы ЦПТ внедряют, во многих случаях они показывают себя эффективным решением и приносят заметную оптимизацию затрат. Но до ЦПТ ли сегодня? Мы уже говорили, что такие проекты требуют огромных инвестиций. Пример описанных выше объектов подтверждает это: счёт идёт на сотни миллионов рублей.

«Сейчас структура отрасли, потребности, а значит, и спрос будут сильно меняться под влиянием геополитических факторов. Иностранные компании покидают российский рынок, есть запрет на экспорт оборудования и технологий, отечественным производителям нужно решать вопросы с поставками и т. д.

Крупные проекты по ЦПТ в ближайшие годы вряд ли будут актуальны. На первый план выдвинутся как раз «мини-ЦПТ», проекты ДДК и магистральные конвейеры»,  — говорит Сергей Кузнецов, рассуждая о перспективности ЦПТ в России на ближайшие годы.

Специалист рассказал, что компания имеет опыт реализации подобных проектов. Например, инженеры НПО «Аконит» проектировали и создавали конвейер из карьера на фабрику протяжённостью 3,2 км для «Удоканской меди», конвейер длиной 1 км на  участке кучного выщелачивания золота на «Полюс Алдан»). В проекте по ДДК для СЗФК компания обеспечила ту самую «мини-ЦПТ».

ДКК можно называть этаким «младшим братом» ЦПТ: здесь задействовано похожее оборудование, да и преимущества специалисты фиксируют примерно те же: сокращается количество перегрузочных пунктов, погрузочного оборудования и железнодорожного транспорта.

ДКК два года назад запустили на другом крупном объекте «Металлоинвеста» — Михайловском ГОКе. Этот проект, опять же, называют уникальным: задействован крутонаклонный конвейер длиной 700 м, высота подъёма составляет 215 м, а угол подъёма — 37 градусов. В целом же в состав комплекса входит более 40 элементов, в том числе уже названный КНК и дробильно-перегрузочная установка, расположенная на глубине более 200 м.

Новый транспортный узел будет транспортировать руду с самых нижних горизонтов карьера на поверхность. Уже запланировано строительство второй очереди комплекса, по соглашению между «УЗТМ-КАРТЭКС» (поставщиком оборудования) и «Металлоинвест» она будет завершена в 2023 году.

На другом МГОКе, Михеевском (актив «РМК»), также работает ДКК, но  функционирует она по несколько иному принципу. Первичное дробление материала осуществляет гирационная дробилка производительностью 4,5 т/час, которая расположена на  промлощадке карьера. Дроблёная руда отправляется в бункер, оттуда — на питатель, а после — на крытый конвейер, который транспортирует сырьё до самой фабрики. Протяжённость конвейера составляет 1 545 м.

Рассказывая о преимуществах конвейерной транспортировки, специалисты предприятия говорят о возможности совмещения экономических и экологических эффектов. Ещё на этапе проектирования ГОКа авторы предусмотрели такое решение, которое позволило бы самосвалам не покидать карьера, чтобы все выбросы оставались внизу, а машина экономила свой ресурс.

«Полтора километра нужно проехать руде, чтобы попасть с карьера на фабрику. Себестоимость транспортировки конвейером — 22 рубля за кубометр, автомобильным транспортом — 80 рублей. Достаточно сложный был проект, но разработчики с ним справились, мне приятно, что реализовала его российская компания», — поделился генеральный директор МГОКа Александр Сизиков.

Текст: Кира Истратова