Современные машины для безвзрывной добычи дробят породу при помощи «клыков» — особо прочных зубьев, срезают ее словно фреза или разбивают резцами, установленными на крутящийся барабан. Многие конструктивные решения раньше использовались в дорожном строительстве и рытье траншей, а также в подземной проходке. Но некоторое время назад «перекочевали» на поверхность — в открытую разработку.

Один из способов — гидромолот. Это навесное оборудование активно применяется для бульдозеров, выполняющих вскрышные работы на некоторых месторождениях. Согласно исследованию, проведенному инженерной службой ГК «Интертехника» (г. Иваново), максимальной эффективности при работе гидромолота можно достичь на грунтах плотностью менее 2000 кг/м³. 

Среди самых известных производителей гидромолотов называют германскую компанию Hammer. В Краснодарском крае тяжелые гидромолоты устанавливали на экскаваторах Caterpillar, Doosan, Hyundai. По словам специалистов, это повышает качество щебня, поскольку с гидромолотом возможна выборочная выемка породы. 

Еще одна технология безвзрывной добычи — применение экскаватора с ковшом активного действия. Отличие от обычного ковша — особый механизм черпания, при котором в процессе участвует напорный механизм. Это повышает усилие черпания на режущей кромке ковша и позволяет дробить породу.

Третий вариант — бульдозер с рыхлителем. В качестве породоразрушающего инструмента выступают особые стальные ножи из высокопрочной стали. Около 30 лет назад гусеничный тракторный тягач Caterpillar оснастили навесным рыхлителем. Этот ножеподобный агрегат монтируется на корме машины с помощью мощной рамы. Он может иметь один зуб или несколько. И способен дробить даже скалистые породы. Раздробленный материал сдвигается отвалом, установленным спереди тягача. 

div style="text-align: justify;">Современные машины для безвзрывной добычи дробят породу при помощи «клыков» — особо прочных зубьев, срезают ее словно фреза или разбивают резцами, установленными на крутящийся барабан. Многие конструктивные решения раньше использовались в дорожном строительстве и рытье траншей, а также в подземной проходке. Но некоторое время назад «перекочевали» на поверхность — в открытую разработку.

Один из способов — гидромолот. Это навесное оборудование активно применяется для бульдозеров, выполняющих вскрышные работы на некоторых месторождениях. Согласно исследованию, проведенному инженерной службой ГК «Интертехника» (г. Иваново), максимальной эффективности при работе гидромолота можно достичь на грунтах плотностью менее 2000 кг/м³. 

Среди самых известных производителей гидромолотов называют германскую компанию Hammer. В Краснодарском крае тяжелые гидромолоты устанавливали на экскаваторах Caterpillar, Doosan, Hyundai. По словам специалистов, это повышает качество щебня, поскольку с гидромолотом возможна выборочная выемка породы. 

Еще одна технология безвзрывной добычи — применение экскаватора с ковшом активного действия. Отличие от обычного ковша — особый механизм черпания, при котором в процессе участвует напорный механизм. Это повышает усилие черпания на режущей кромке ковша и позволяет дробить породу.

Третий вариант — бульдозер с рыхлителем. В качестве породоразрушающего инструмента выступают особые стальные ножи из высокопрочной стали. Около 30 лет назад гусеничный тракторный тягач Caterpillar оснастили навесным рыхлителем. Этот ножеподобный агрегат монтируется на корме машины с помощью мощной рамы. Он может иметь один зуб или несколько. И способен дробить даже скалистые породы. Раздробленный материал сдвигается отвалом, установленным спереди тягача. 

Сравнительно редкий случай в отечественной практике открытой добычи крепких пород — использование горных комбайнов («майнеров»). Такое оборудование относят к классу экскавационной техники Continuous Surface Miner (CSM). 

В России на разных предприятиях работает несколько комбайнов немецкой компании Wirtgen Group. За основу горного комбайна взят принцип дорожной фрезы Wirtgen. Горная порода срезается специальными резцами, установленными на фрезерном барабане. Фрезерный барабан вращается снизу-вверх по ходу движения комбайна, тем самым обеспечивая наилучшие параметры фрезерования. Фрезерованный материал дополнительно измельчается в рабочей камере барабана и затем направляется по транспортерам в кузов самосвала.

Комбайны фрезерного типа предлагает и другой германский производитель — MAN Takraf Fоrdertechnik. Рабочим органом тоже является фрезерный барабан: его резцы внедряются в породу сверху вниз. 

Второй тип горных комбайнов — с режущими роторными колесами, расположенными спереди и сзади. Представитель этого направления — комбайн KSM фирмы «KRUPP FERDERTECHNIK» имеет четыре роторных колеса, может работать с породой прочностью 20-30 мПа, в отдельных случаях — до 70 мПа. И является, по сути, экскаватором непрерывного действия. Машина была создана в конце 1980 годов и позиционировалась как высокопроизводительный экскаватор. В июне 1996-го KSM принял участие в «Русском проекте» немецкого производителя на угольном разрезе «Талдинский» в Кузбассе. 

Американская компания Vermeer, известный производитель сельхозтехники, выпускает горные комбайны, работающие по принципу траншеекопателей. Они оборудуются фрезой, которая монтируется на своеобразной «качалке» позади корпуса. Резцы внедряются в массив сверху вниз, скалывая куски породы. 

Австрийская компания VOEST ALPINE выпускает стреловые фрезерные комбайны VASM. Рабочий орган (режущий барабан) вынесен на специальную стрелу. Это позволяет вести отработку уступами.

Теоретически в открытой разработке могут применяться и комбайны для подземных работ. Например, Bolter Miner шведской компании Sandvik с телескопической рамой, выдвигающей рабочий орган барабанного типа при его врубании в забой.

С какими породами может работать такая техника? Вопрос пока в стадии обсуждения. 

«Наше оборудование в России в основном применяются на предприятиях цементной промышленности — на довольно мягких породах. В Иркутской области работает комбайн на добыче каменного угля. Много машин задействовано в Индии на угольных месторождениях. В России также есть пример использования техники при добыче мрамора», — говорит региональный менеджер по Сибирскому Федеральному округу направления «Минералс» ООО «Виртген-Интенациональ-Сервис» Олег Рогов.

«Крепкие породы — понятие очень размытое. Они могут быть крепкими и трещинноватыми. Могут быть не очень крепкими, но монолитными и еще включать абразивные породы. На мой взгляд, если оценивать крепость пород по шкале Протодьяконова, то использовать безвзрывной способ добычи при имеющихся технологиях целесообразно только для полезных ископаемых с коэффициентом крепости (?) не выше 7», — рассказывает кандидат технических наук, доцент кафедры «Открытые горные работы» Института горного дела СФУ, ведущий специалист и эксперт проектно-экспертного отдела «Горное бюро» Евгения Назарова. 

В эту группу попадают породы, которые классифицируются как довольно крепкие: крепкий глинистый сланец, некрепкий песчаник и известняк, мягкий конгломерат, песчанистые сланцы, сланцеватые песчаники, обыкновенный песчаник, железные руды. 

По мнению ученого, если рассуждать гипотетически, то разрабатывать с помощью безвзрывных технологий можно месторождения любых полезных ископаемых.

Зачем отказываться от проверенных и прекрасно отработанных методик открытой добычи крепких пород взрывным способом? Аргументы приводятся разного плана — как экологического, так и экономического. 

С точки зрения экологии, лучше обойтись без взрывов. Массовые взрывные работы приводят к выбросу десятков, иногда сотен тонн пыли, а также продуктов горения взрывчатого вещества.

Кроме того, взрывы негативно действуют на устойчивость бортов карьера. В будущем это ведет к сползанию пород и нарушению конфигурации «ямы».

На некоторых месторождениях взрывать вообще запрещено — когда они располагаются в сейсмически опасных районах или очень близко к населенным пунктам.

Экономика безвзрывной добычи не раз становилась предметом исследований. По данным одной из компаний-производителей горных комбайнов, использовать данный тип оборудования наиболее целесообразно при крепости пород 50-60 мПа. При более высоких показателях (60-80 МПа) также возможно применение безвзрывной технологии добычи, однако при этом возрастают расход топлива и резцов. В результате экономическая эффективность снижается. В целом горные комбайны способны вести разработки пород с прочностью до 120 МПа.

«Конечно, горные комбайны — не универсальное решение. Как нет таблетки от всех болезней, так не существует и горной техники, способной вести добычу в любых условиях. Каждый случай индивидуален. Прежде чем поставлять оборудование, выполняется многоэтапный и сложный процесс подбора оптимального типоразмера горного комбайна. Анализируются пробы образцов породы, оценивается сам карьер, структура массива. Опыт показывает, что в карьерах, где давно ведется разработка, требуется дополнительный анализ возможности перевода на добычу горными комбайнами. Поэтому идеальный вариант — закладывать безвзрывной способ добычи еще на стадии проектирования карьера. Самые лучшие результаты наши машины показывают там, где угол падения пласта составляет один-два градуса, его толщина — около 50 метров, а ширина — примерно 100 метров. Наши комбайны успешно эксплуатируются на одном из предприятий «Евроцемент Групп», — говорит Олег Рогов. 

По словам специалиста, если все расчеты выполнены верно и подобрана оптимально подходящая техника, безвзрывные технологии оказываются дешевле и эффективнее традиционных взрывных методик. 

Во-первых, не нужно тратить внушительные суммы на взрывчатку, бурение, закладку и другие сервисные функции. Во-вторых, во многих случаях отпадает необходимость в первой стадии дробления, иногда добытый материал можно сразу направлять далее по технологической линии. В-третьих, комбайны оборудованы погрузочным конвейером, что позволяет при погрузке в самосвалы обходиться без фронтального погрузчика. 

Кроме того, безвзрывная технология дает возможность вести разработку месторождении вблизи населенных пунктов или местах, где применение буровзрывных работ запрещено.

Дополнительное преимущество — горные комбайны оставляют за собой ровную, плоскую площадку без острых камней, выполненную с определенным уклоном для водоотведения. Это означает существенную экономию на ремонте и замене шин карьерных самосвалов, а также на горючем. Все вместе складывается в один большой «плюс», который при определенном раскладе, способен склонить недропользователя в сторону выбора добычи без взрывов.

Интересный довод в пользу безвзрывных технологий предложили ученые Сибирского Федерального университета (Красноярск). 

«Что будет с карьером, когда добыча на нем закончится? У нас по всей стране очень много таких «ям». За рубежом над этим вопросом задумались раньше. Китайцы, например, собираются построить роскошный отель в одном из старых карьеров вблизи Шанхая. В Англии в карьере сделали парк. Мы тоже можем использовать отработанные «выемки»: строить в них спортивные сооружения, предприятия, что-то еще. Но для этого необходимо, чтобы борта карьера были устойчивыми. Тогда порода не будет со временем сползать вниз. И об этом стоит позаботиться еще на стадии проектирования, выбрав технологию безвзрывной добычи», — объясняет Евгения Назарова.

В качестве «опытного образца» доцент кафедры «Горные работы» в своей кандидатской диссертации предложила рассмотреть карьер Цементного завода, который находится в пределах городской черты Красноярска. Карьер на месте когда-то красивой зеленой горы прекрасно виден из многих точек города. 

Сейчас здесь добывается известняк хорошего качества. В будущем, возможно, будет просто огромная «яма» площадью около 32 гектаров. Ее логично было бы использовать для строительства чего-то полезного. Тем более, что коммуникации и дороги к этому месту подведены, а город — под боком.

«Чтобы сделать карьер пригодным для постройки в нем каких-либо сооружений, мы предложили применить безвзрывные технологии. Но не на всем объеме, а только по краю: на том расстоянии от борта, где взрывы начинают влиять на его устойчивость. По предполагаемой границе откос вырезается с помощью камнерезной машины, а остальной участок отрабатывается безвзрывным способом. Можно сделать борт более крутым, можно вообще изменить его конфигурацию, например, устроив в борте ниши для транспорта. По сравнению со взрывами это обойдется дороже примерно в два раза. Однако если учесть, что безвзрывная технология понадобится в этом случае только для формирования контура, то затраты не так уж велики. В будущем вложения окупятся», — считает Евгения Назарова.

Если же работы будут продолжаться, как сейчас, то через пять лет после окончания добычи склоны карьера обрушатся, и на них нельзя будет ничего строить, даже автодороги.