Александров А.А.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КРАНЛАЙНОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ВЫСОКИХ УСТУПОВ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ *
Аннотация:
в статье представлены возможности и технико-экономические преимущества применения экскаваторов-кранлайнов при разработке высоких уступов на открытых горных работах. Кранлайны как инновационное выемочно-погрузочное оборудование сочетают в себе достоинства традиционных драглайнов и карьерных мехлопат, обеспечивая формирование уступов высотой до 30–40 метров. Это позволяет существенно уменьшить объёмы вскрышных работ, сократить количество транспортных горизонтов, снизить коэффициент вскрыши и улучшить геометрию рабочего борта карьера. Описаны конструктивные особенности кранлайнов, обеспечивающие точную и безопасную разгрузку горной массы в транспортные средства, а также уменьшение инерционности рабочего цикла. Отмечается, что использование кранлайнов целесообразно как при техническом переоснащении действующих предприятий, так и при проектировании новых карьеров в сложных геологических и климатических условиях.
Ключевые слова:
кранлайн, экскаватор, высокие уступы, борта карьера, снижение коэффициента вскрыши, просыпь, механизация, прицельная разгрузка, новые карьеры, углубление разрезов, внутрикарьерный транспорт, буровзрывные работы
Современное развитие горнодобывающей промышленности в мире сопряжено с рядом вызовов, среди которых особенно остро стоит проблема повышения эффективности открытых горных работ при углублении карьеров и необходимости разработки мощных вскрышных и продуктивных толщ. Традиционные подходы к экскавации и транспортировке вскрыши и полезного ископаемого, базирующиеся преимущественно на использовании одноковшовых экскаваторов-механических лопат и автосамосвалов, постепенно исчерпывают свои возможности. На фоне постоянно растущей глубины разработки, а также необходимости сокращения себестоимости и улучшения экологических характеристик производства, возникает объективная потребность в технологическом и организационном переоснащении горных предприятий. Одним из наиболее перспективных направлений такого обновления является внедрение в практику кранлайнов — особого класса экскаваторов, сочетающих в себе функциональные черты драглайна и карьерной мехлопаты, и предназначенных в первую очередь для работы на высоких уступах в сложных горногеологических условиях.Кранлайн как тип экскаватора представляет собой усовершенствованную форму драглайна с добавлением третьей лебедки, обеспечивающей заброс ковша, и специальной конструкцией ковша с открывающейся задней стенкой. Благодаря такой компоновке достигается высокая точность разгрузки экскавируемой массы непосредственно в кузов транспортного средства, что резко снижает вероятность просыпей, уменьшает высоту падения породы и, как следствие, повышает безопасность работ и снижает износ как экскаватора, так и погрузочного оборудования. Особое значение имеет тот факт, что кранлайны позволяют вести экскавацию нижним черпанием уступов высотой до 30–40 метров[1]. Это открывает принципиально новые возможности в проектировании и реконструкции карьеров, поскольку позволяет сократить количество уступов, уменьшить протяженность транспортных коммуникаций и, что особенно важно, существенно снизить коэффициент вскрыши.Эффективность кранлайнов подтверждается как теоретическими расчетами, так и результатами их опытной и промышленной эксплуатации. В частности, исследования, проведенные ИПКОН РАН и Институтом горного дела им. А.А. Скочинского, показали, что использование экскаваторов-кранлайнов при техническом переоснащении разрезов позволяет сократить объем вскрышных работ на первом этапе внедрения до 83%[1], на втором — до 68%, а на третьем — до 36%, по сравнению с традиционной схемой разработки с использованием мехлопат. Такой эффект достигается за счет возможности формирования сдвоенных и строенных уступов с уменьшением числа транспортных горизонтов, увеличения угла откоса рабочего борта карьера с 16° до 24°, а также сокращения времени цикла экскаватора за счёт уменьшения инерционности поворота платформы. На практике это выражается в экономии буровзрывных работ, снижении расхода взрывчатых веществ на 10–15%, уменьшении площади нарушенных земель и росте производительности при одновременном снижении эксплуатационных затрат.Особенно ярко преимущества кранлайнов проявляются в условиях глубокой разработки, характерных для крупных угольных и рудных месторождений. Так, на разрезе «Нерюнгринский» применение кранлайнов позволило эффективно отрабатывать вскрышные толщи до 90 метров при организации высоких уступов в 30 метров и погрузке вскрыши непосредственно в транспорт, расположенный на уровне стояния экскаватора. Ранее подобная задача решалась методом последовательного формирования множества уступов по 15 метров, что приводило к чрезмерному удлинению фронта работ, росту объемов перемещаемой вскрыши, увеличению числа единиц транспортной техники и, как следствие, к росту себестоимости добычи. Переход на новую схему, основанную на работе кранлайнов, позволил не только удвоить высоту уступа, но и кардинально изменить геометрию рабочего борта, что дало экономический и производственный эффект уже в первый год эксплуатации.Технически кранлайн выполняет все операции черпания и транспортировки горной массы аналогично драглайну[2], но за счёт расположения канатных блоков и особенностей траектории движения ковша достигается уникальная кинематика процесса разгрузки. Вместо того чтобы удаляться от оси поворота, как это происходит у традиционных драглайнов, ковш кранлайна приближается к ней, тем самым снижая инерционную составляющую и ускоряя время поворота. Это решение также улучшает контроль над положением ковша в пространстве, что критически важно для точной разгрузки, особенно в случае работы с автосамосвалами. Разгрузка осуществляется мягко, безударно, с минимальной высотой падения материала, благодаря чему обеспечивается высокая сохранность кузовов и равномерное распределение породы. Возможность опускания ковша непосредственно в кузов делает процесс погрузки сопоставимым по качеству с погрузкой мехлопатой, но с сохранением главного преимущества драглайна — способности к разработке мощных уступов.Инженерные расчёты, подтвержденные практическими данными, демонстрируют, что модернизированная конструкция кранлайна может быть реализована на базе узлов серийных драглайнов, таких как ЭШ 15/90, что существенно снижает барьеры к внедрению данной технологии. Кроме того, использование стандартных компонентов позволяет обеспечить ремонтопригодность, доступность запчастей и возможность локализации сборки. В условиях рыночной экономики, где на первый план выходят вопросы оптимизации затрат, такие аспекты играют решающую роль при выборе стратегии переоснащения предприятий.Особую значимость применение кранлайнов приобретает именно на стадии проектирования новых карьеров, когда отсутствует необходимость подстраиваться под уже сложившуюся инфраструктуру и можно задать рациональные параметры разработки с самого начала. В условиях, когда формируются геометрические и логистические основы будущей горной эксплуатации, возможность закладки высоких уступов (в пределах 30–40 метров) и связанных с ними технологических схем играет решающую роль. Кранлайны, в отличие от традиционных мехлопат, не ограничены высотой черпания на уровне 15–17 метров, и это позволяет не дробить вскрышные и продуктивные толщи на множественные узкие уступы, что значительно упрощает пространственную структуру карьера.Проектирование высоких уступов позволяет не только сократить общее количество рабочих горизонтов, но и резко уменьшить объем подготовительных и горнокапитальных работ. В частности, снижается потребность в строительстве большого числа внутрекарьерных автодорог, берм, съездов, а также упрощается организация дренажной системы, так как большая часть вскрышных и транспортных операций выносится вверх, на кровлю уступа, где кранлайн может располагаться стационарно или перемещаться с минимальными затратами. Это особенно актуально в условиях сложного рельефа, рыхлых или водонасыщенных пород, где обеспечение устойчивости и проходимости тяжёлой автотехники по нижним уровням сопряжено с высокими рисками, необходимостью постоянного водоотлива и укрепления оснований, что влечёт за собой значительные капитальные и эксплуатационные издержки.Кранлайн, работающий по технологии нижнего черпания с последующей прицельной разгрузкой в транспортные средства, размещённые на верхней площадке уступа, фактически исключает необходимость постоянного спуска и подъема транспорта на большие глубины. Это не только снижает расход топлива и износ машин, но и увеличивает коэффициент готовности автопарка за счёт сокращения времени простоев, связанных с длительными рейсами по уклонам. Кроме того, уменьшается общий объём транспортируемой вскрыши, так как проектные углы откоса рабочего борта могут быть увеличены без потери устойчивости благодаря уменьшению числа горизонтальных срезов. Таким образом, уже на этапе проектирования появляется возможность закладывать меньшие объёмы горных работ при одинаковом объёме полезного ископаемого, что напрямую влияет на снижение себестоимости будущей продукции.Не менее важным аспектом является адаптивность кранлайнов к различным климатическим и геомеханическим условиям. В северных и приполярных районах России, на Дальнем Востоке, в районах вечной мерзлоты или в высокогорьях, где доставка техники, строительство подъездных путей и содержание внутрекарьерных коммуникаций затруднено, кранлайны становятся особенно привлекательными. Их стационарная или локально-подвижная работа с ограниченной потребностью в пространстве и устойчивым основанием позволяет организовать[3] технологический процесс с минимальными вмешательствами в окружающую среду. В отличие от автотранспорта, требующего широкой полосы расчистки, регулярного технического обслуживания и значительных затрат на поддержание эксплуатационного состояния дорог, кранлайн может работать в ограниченном пространстве, при этом обеспечивая погрузку породы непосредственно в думпкары или автосамосвалы, находящиеся на безопасной высоте.Таким образом, анализ технических характеристик, производственных показателей и экономических эффектов внедрения кранлайнов позволяет уверенно утверждать, что их использование в открытых горных работах с высокими уступами представляет собой одно из наиболее эффективных направлений развития современной горной технологии. Комбинация высокой производительности, точности разгрузки, конструктивной простоты и технологической универсальности делает кранлайн не только конкурентоспособной альтернативой традиционным экскаваторам, но и технологической основой новой геотехнологии, ориентированной на минимизацию вскрышных работ и повышение эффективности карьерного транспорта. В перспективе, с учётом глобальных трендов на цифровизацию, автоматизацию и устойчивое развитие, кранлайны могут стать частью интегрированных систем управления горными работами, включая интеллектуальные модули позиционирования, адаптивного контроля тягового усилия и автоматической разгрузки. Это позволит не только сохранить конкурентоспособность отрасли в условиях нарастающей ресурсной нагрузки, но и обеспечить её переход к качественно новому технологическому укладу.Дополнительный расчёт эффективности работы механизма разгрузки кранлайна основан на определении необходимой мощности двигателя, способного обеспечить удержание и управляемое опускание груженого ковша с породой при разгрузке.Определение мощности двигателя, исходя из того, что лебёдка должна удержать груженый ковш с породой:
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 3
Ссылка для цитирования:
Александров А.А. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КРАНЛАЙНОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ВЫСОКИХ УСТУПОВ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ // Вестник науки №5 (86) том 3. С. 2219 - 2226. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23264 (дата обращения: 09.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+