Недра, открытые солнцу [1980 Друянов В.А. - Недра

В течение 20 минут на экране царили сумерки. Еле обозначенные лица людей двигались, и было ясно, что в этом таинственном помещении что-то происходит. Вот люди вышли в освещенный тоннель, долго шли по нему, минуя причудливые механизмы. Хлопнула дверца подъемника. Кабина понеслась вверх по темной шахте, и только всплески света отмечали этажи. Остановка, слабо освещенный пульт, подрагивающая стрелка прибора. Действие сопровождали таинственные звуки.

Подземный завод? Трюм океанского лайнера? Космический корабль будущего, созданный кинематографической техникой?

Разгадка наступила в конце фильма. Несколько человек вышли наружу. Брезжил рассвет, вокруг простиралась серая местность. Вдалеке черной громадой отдыхал ковш.

Шагающий экскаватор! Это по нему 20 минут водили заинтересованных зрителей эстонские документалисты. Фильм был так и задуман: таинственные коридоры, рабочие залы, рельсы, долгое движение группы людей и наконец, открытие - да это же ординарный драглайн на сланцевых разработках, экскаватор с длинной стрелой, к которой подвешен ковш. Он висит на канате, и когда падает вниз, наполняется породой, углем или сланцем, затем канаты тянут его к машине, постепенно набивая до отказа.

Для демонстрации возможностей научно-технического прогресса, пожалуй, не найти более наглядных примеров, чем экскавационная техника на открытых горных работах. Самый маленький советский драглайн, способный двигаться самостоятельно, имеет шестикубовый ковш, подвешенный на 45-метровой стреле, самый большой обладает 100-кубовым ковшом и 100-метровой стрелой. Лидер этих металлических динозавров располагает "черпаком" в 168 кубометров, рукоять для него превышает полутораста метров! Он может разместить в своем ковше два подъезда современного пятиэтажного дома и переместить их на 300 метров!

Эти снимки дают представление о гигантизме современной техники на открытых горных работах. С борта карьера металлические великаны кажутся небольшими. Нетрудно представить, каковы размеры самих карьеров

Современный драглайн - это завод в несколько цехов с мощной электрической подстанцией, машинным отделением, подъемными кранами. Его вес может превышать десять тысяч тонн. И он шагает, меняя расположение относительно фронта работ, углубляясь ковшом в недра на 60 метров, срывает горы и насыпает новые!

Под стать драглайнам роторные экскаваторы. В Советском Союзе выпускается экскаватор, который имеет колесо (ротор) диаметром 18 метров. На нем насажено 13 ковшей. Во время работы колесо вращается и ковши по очереди вгрызаются зубьями в пласт угля или горной породы.

Рядом с роторным экскаватором может стоять так называемый отвалообразователь, по сути дела, маневренный конвейер. Он перебрасывает отбитую породу на 150 метров прочь, а сейчас проектируется гигант, который сможет удалять ее на расстояние в четверть километра. С высоты рудный конвейер может показаться бурным потоком.

В карьерах работают мощнейшие грузовики: углевозы грузоподъемностью до 120 тони. Для Белорусского автомобильного завода уже написано техническое задание на разработку автомашины, способной перевозить 300 тонн.

Создается впечатление, что горняки решили отыграться на открытых горных работах за те неудобства в тесноте, которые выпадают на их долю в шахтах. Для работы на свежем воздухе они породили поколение титанов, способное действовать масштабно, с современным размахом.

Но, разумеется, сдвигать с места горы каменного материала - не самоцель. На открытых работах горняки смогли достичь производительности, которая недоступна подземным разработкам. Разрез "Богатырь" в Экибастузском бассейне ежегодно поставляет более 30-40 миллионов тонн угля. Лучшая шахта мира выдает на-гора в десятки раз меньше.

Гигантизм карьерной техники определен экономической выгодой, порожден целесообразностью открытых разработок, возможностью наверстать на поверхности то, что упущено под землей.

Сегодня доля открытого способа добычи угля в нашей стране составляет треть. Но после 1985 года она превысит половину и будет продолжать расти.

Нет, наверное, ни одного пункта, по которому подземный способ мог бы бросить упрек открытому,- таково мнение академика Н. В. Мельникова, доктора технических наук К. Е. Виницкого и группы их коллег. Открытые горные разработки позволяют создавать мощные предприятия, применять машины высокой производительности, концентрировать горное производство, превращая его в поточное, непрерывное, в карьерах легче внедрять наиболее прогрессивные способы разрушения.

Около больших карьеров возводят крупные обогатительные комбинаты, современные города, к ним тянут капитальные дороги, в том числе и железнодорожные. Одним словом, на основе солидных открытых разработок можно строить горнообогатительные предприятия соответствующих масштабов - они выгоднее тех, что калибром поменьше.

Огромные чаши на поверхности Земли наносят большой ущерб природе? Но от них легче избавиться, чем от последствий подземных разработок. Карьеры засыпаются, поверху выкладывается сбереженный заранее плодородный слой, и на месте чудовищных ям появляются леса, сады... Примеры тому известны: в Эстонии так восстановлена земля, на которой велась добыча сланца.

С помощью водяной струи можно покрыть свежую засыпку специально приготовленным составом и посадить деревья и кустарники, не виданные доселе в здешних местах. Можно заполнить карьер водой, превратить его в рыбное озеро, место отдыха.

Качественные показатели подземной добычи улучшаются не так быстро, как раньше. Благоприятные для извлечения пласты по большей части отработаны или отрабатываются, менее удобные требуют от горняков больше сил. Это замедляет рост производительности труда, в ряде стран она даже снижается.

Открытые работы, разумеется, не отменяют подземные. За ними останутся извлечение полезных ископаемых там, где это невозможно сделать с поверхности, добыча ценного минерального сырья. Это относится к коксующимся и энергетическим углям, марганцевым и железным рудам, цветным металлам жильных месторождений. Будут совершенствоваться действующие шахты. Деятельность под землей дополнит поверхностную, которая представляет сегодня главную магистраль научно-технического прогресса в горном деле, особенно в угольной промышленности.

Грядущий расцвет открытого способа заставляет его сторонников думать о том, как ему лучше развиваться; Основная идея: транспортировать рудную массу без транспорта. Ее парадоксальность исчезает при ближайшем рассмотрении: речь идет о таких схемах разработки, которые могут обойтись без колесного транспорта или задалживают его в меньшем количестве.

Давняя бестранспортная схема "экскаватор - карьер". Мощный драглайн попеременно ведет вскрышу и добычу. Сначала он снимает пустую породу, обнажает черный пласт, начинает разработку. Тяжелый ковш драглайна обрушивается на черный камень, дробит и грузит уголь в железнодорожные вагоны или грузовики. Пласт выработан в одном месте - драглайн сдирает породы рядом и кладет их в освободившееся пространство, как бы заметая следы своей деятельности. В карьере транспорт отсутствует, он вступает в дело на самом последнем этапе. И это приносит очень заметную экономию, поскольку участие самосвалов или железнодорожных составов в доставке горной массы из недр карьера на поверхность обходится очень дорого.

Вариант схемы "экскаватор-карьер": пустая порода поднимается на борт карьера и выкладывается в отвал. Здесь ее подхватывает механическая лопата, то есть обычный экскаватор с жесткой связью рукояти и ковша, и направляет в кузов. Самосвалы вновь не допущены вниз.

Один из самых мощных в стране драглайнов разрабатывает Назаровское месторождение в Красноярском крае: снимает толщу в 40 метров, чтобы добраться до 20-метрового пласта. У него три сменных ковша: 80-, 90- и 100-кубовый, который пускают в дело на участках с более слабыми породами. Одна эта машина успешно справляется с задачей, обеспечивая высокую производительность работ.

Драглайны - техника для твердых пород и углей, требующих крепких зубьев, солидных усилий. Они распространены на североамериканском континенте. В европейских странах предпочтение отдано роторным агрегатам, которые успешно расправляются с материалом помягче. Предел их усилий - 23 кг/см², при больших выходят из строя режущие части. Зато роторный экскаватор действует гибко, не так прямолинеен, как драглайн. Если вдруг в угле встретился блок пустой породы, ротор аккуратно выбирает его и грузит отдельно от угля. Он может приподняться, опуститься, отклониться вправо или влево, чтобы выбрать угольный пропласток. И главное: ротор с насаженными на него ковшами отделяет слой угля определенной толщины - дает куски, годные к употреблению без предварительного измельчения.

У драглайнов сильно изнашиваются канаты, велик удельный расход электроэнергии, они не очень поворотливы.

Что же предпочесть? Разнообразие месторождений страны заставляет специалистов принять и ту и другую технику и маневрировать ею в зависимости от природных условий каждого угольного пласта. На угольных разрезах, как правило, работают машины "именики", что означает: каждая из них создана именно для этого месторождения, уготована только ему. Параметры "именика", его маневренность, производительность, схема отработки подогнаны для работы в конкретной горной ситуации. Перенеси машину в другой разрез, и она окажется не такой уж работоспособной.

В Красноярском крае расположено еще одно месторождение-гигант: Березовское. Что хорошо для Назаровского - ему не подходит. Здесь горняки дали отставку драглайну и склонились к роторному экскаватору, спаренному с громадным отвалообразователем. Первый крушит породу - необходимо снимать слой в полсотни метров, второй отправляет ее за 150 метров в отвал по кратчайшему пути.

Бестранспортные схемы разработки пригодны для пологозалегающих пластов или наклонных, но не круче 12-15°. Пласты, круто уходящие вниз, требуют другой схемы, драглайны и роторные экскаваторы в данном случае бессильны. Приходится строить винтообразный карьер с Дорогой для автомобилей, постепенно, круг за кругом уводящей на глубину. Внизу стоят экскаваторы и тоже не маленькие. Сейчас работают механические лопаты с коврами емкостью 12,5 кубометра, а специалисты уже думают о 20-кубовых. Продукцию карьера наверх доставляет могучие углевозы; самые крупные были представлены вначале.

Гигантизм карьерной техники не беспределен. Специалистам виден рубеж, за которым величина машин станет их недостатком. Скажем, крупные драглайны в некоторых случаях становятся неэффективными. Одна минута их простоя стоит очень дорого. А такие минуты случаются, часто они просто необходимы для профилактического ремонта, смены позиции, что особенно трудно дается тяжелой машине. Ученые называют предел эволюции: максимальный размер ковша - 150-170 кубометров.

Самый производительный роторный экскаватор может за час настрогать 12 кубометров угля. Из карьера буквально течет черная речка: демонстрируется одно из главных достоинств роторного способа - поточность технологии, непрерывность выдачи продукции. В Советском Союзе именно так добываются десятки миллионов тонн угля.

До каких размеров имеет смысл увеличивать диаметр колеса, емкость и количество окружающих его ковшей? Пределы эволюции и в этой области известны, они уже видны.

Но возможен революционный скачок. Его, вероятно, породит толчок извне, со стороны отдаленных областей знания. Металлургия предложит новые конструктивные материалы, более легкие и более прочные, чем нынешние,- можно увеличивать стрелу драглайна, размеры ковшей. Они вырастут, увеличатся в объеме и в то же время потеряют в весе. Стрела из алюминия длиной 60 метров на треть легче стального аналога.

Появятся новые способы разрушения горных пород и угля, и тогда резко возрастут возможности роторных комплексов: они будут стругать предварительно ослабленный массив.

Сейчас одна из лабораторий института имени А. А. Скочинского, возглавляемая доктором технических паук В. М. Берманом, разрабатывает и пропагандирует гидроприводные устройства - преобразователи электрической энергии в механическую с помощью жидкости. Это может быть масло, эмульсии, синтетические соединения. Уникальные свойства жидкости позволяют создать легкие и долговечные механизмы. Экономия может достигать многих тонн, иногда больше десяти на агрегат.

На одном из экибастузских карьеров сейчас работает роторный экскаватор с гидравлическим приводом стрелы. В момент соприкосновения ковша с горной породой он ослабляет усилие, и это оказывается более эффективным, чем непрерывный постоянный напор. Зубья ковша как бы постепенно накачивают энергию в неподатливую стенку, и позже, когда она поддается, гидропривод наращивает усилие. В результате при том же объеме разрушительной работы энергии уходит меньше.

Это напоминает удар ладонью по воде: рука упруго отскакивает обратно. Но можно медленно окунуть руку, без особых усилий.

Гидроприводные устройства хороши для всех видов горной техники: буровых станков, очистных и проходческих комбайнов. Создаются принципиально новые карьерные гидравлические экскаваторы. Гидропривод обещает резкое улучшение показателей многих горных машин. Это направление уже сегодня четко просматривается, и оно не единственное в развитии горных гигантов.