Добыча горючего сланца в Эстонии: карьерные комбайны как самая экономичная альтернатива

Селективная добыча повышает качество добычи горючего сланца

Горючий сланец – это порода, состоящая как из органических, так и из минеральных частей. По некоторым оценкам, мировые месторождения содержат около 10 триллионов тонн горючего сланца. Количество сланцевой нефти, которое можно извлечь из этой породы, более чем на 50% превосходит разведанные на данный момент запасы обычной нефти. В Эстонии залегает ок. 5 млрд. т горючего сланца, из которых ок. 1,5 млрд. т признано пригодными к добыче, причем чаще всего они расположены в толще отложений известняка. В одной только этой северной европейской стране осуществляется почти 70 процентов мирового объема добычи. Добычей горючего сланца Эстония может обеспечить себе максимальную независимость в сфере энергоснабжения. Кроме того, добыча горючего сланца стала значительным фактором влияния на мировые цены на нефть. До сих пор при добыче этого ископаемого использовались три зарекомендовавших себя метода:

  • буровзрывные работы
  • полуселективная добыча при помощи рыхлителей, бульдозеров и экскаваторов
  • открытая разработка в качестве полностью селективного метода добычи

Прямое сравнение трех методов в Эстонии показало: Технология открытой разработки несет в себе явные преимущества в том, что касается качества несортированной продукции. Поэтому ведущие добытчики горючего сланца в Эстонии, компания Kiviõli Keemiatööstuse (сокращенно: Kiviõli) и Eesti Energia Mining, в основном используют карьерные комбайны Wirtgen.

Экономичная борьба за сырьевую независимость при помощи карьерных комбайнов

Стремление добывать горючий сланец с целью обретения сырьевой независимости появилось в Эстонии уже давно. После использования карьерных комбайнов на первый план вышел вопрос экономичности. Горючий сланец начали добывать в Эстонии еще в 1916 году. Сегодня на четырех разрабатываемых открытым способом месторождениях в стране добывается прибл. 50 процентов этого полезного ископаемого.

Добытый материал перерабатывается двумя способами: Kiviõli снабжает нефтеперегонные заводы для получения тяжелого моторного топлива, а Eesti Energia Mining поставляет горючий сланец на электростанции для выработки электроэнергии. Обе компании используют для добычи комбайн 2500 SM. Сравнение традиционных методов с технологией открытой разработки явно свидетельствует об огромных экономических выгодах селективной добычи для компаний, занимающихся как производством тяжелого топлива, так и электроэнергии.

Карьерный комбайн Wirtgen 2500 SM

Комбайн 2500 SM – это надежная и производительная горнодобывающая машина, срезающая материал фрезерным барабаном шириной 2,5 м. В зависимости от прочности породы производительность добычи может составлять до 1400 тонн в час – что справедливо как раз в случае угля и горючего сланца. Конструкция 2500 SM позволяет максимально сократить время простоя: важнейшие части машины, как напр., фрезерный барабан, легкодоступны, что позволяет очень оперативно менять изнашиваемые элементы, такие как, напр., резцы. По всему миру в эксплуатации находится более 50 машин 2500 SM.

Для обеспечения еще более высокой производительности добычи Wirtgen GmbH разработала также комбайн 4200 SM: он способен заполнять тяжелые самосвалы объемом до 200 т в считанные минуты. Самый крупный карьерный комбайн Wirtgen добывает до 12 млн. т мягких пород в год.

Сравнительное испытание методов добычи

Применение машин Wirtgen в Эстонии позволило напрямую сравнить технологию открытой разработки с традиционными буровзрывными работами и полуселективной добычей. В рамках сравнительного испытания оценивались количественные параметры, такие как несортированный материал, а также качественные параметры, такие как удельная теплота сгорания добываемого материала..

Метод 1: буровзрывные работы

При неселективной добыче материал разрыхляется в результате взрыва и при помощи колесных погрузчиков грузится на грузовой транспорт. При этом горючий сланец смешивается с включениями известняка. Полученный в результате взрывных работ материал необходимо дополнительно измельчать при помощи дробилок.

Метод 2: полуселективная добыча

Полуселективная добыча позволяет отказаться от буровзрывных работ. И горючий сланец, и известняк добываются и грузятся при помощи рыхлителей, бульдозеров и экскаваторов. Но и здесь имеет место значительное смешивание материалов. Горючий сланец и известняк располагаются пластами. Соответственно, для достижения необходимого размера зерна продукции необходимо использовать дробилки.

Метод 3: открытая разработка

Своими вращающимися фрезерными барабанами карьерные комбайны снимают слои различных ископаемых с сантиметровой точностью. Они работают с повышенной селективностью и способны гарантировать раздельную добычу горючего сланца и известняка. Поскольку карьерные комбайны выполняют операции резания, дробления и погрузки за один рабочий проход, необходимость в дробилках предварительного дробления отпадает.

Обзор результатов испытания

Сравнительные испытания проходили на руднике горнодобывающей компании Kiviõli. Месторождение охватывает около 2,44 га. Разработка месторождения началась в 2003 году. Здесь добывают около 800 000 т горючего сланца в год. Пласт грунта поверх материала имеет толщину от 2 м до 20 м. Горючий сланец залегает горизонтально пластами толщиной 0,2–0,6 м. Между пластами горючего сланца иногда залегают слои известняка. Предел прочности при одноосном сжатии горючего сланца составляет 15–40 МПа, известняка – 40–100 МПа. Удельная теплота сгорания различных пластов горючего сланца варьируется от 1200 до 4500 кКал/кг.

Сравнительное испытание проводил Дамиан Барановски, дипломированный инженер, сотрудник факультета горного дела Университета Ахена/Германия. Данные о традиционных методах добычи получены в первые годы эксплуатации месторождения, когда использовались как буровзрывные работы, так и полуселективная добыча. Результаты работы по технологии открытой разработки получены на основе эксплуатации 2500 SM компанией Kiviõli, начиная с 2006 года.

Буровзрывные работы Полуселективная добыча Открытая разработка
Несортированный материал 85%
(4.2 t/m2)
75%
(3.8 t/m2)
95%
(4.5 t/m2)
Удельная теплота сгорания 1,750 kCal/kg
(70%)
2,080 kCal/kg
(84%)
2,480 kCal/kg
(100%)
Соотношение вскрышных пород к полезному минералу 2,11
87%
2,26
81%
1,84
100%

Работа карьерных комбайнов впечатляет как качеством, так и количеством

Селективная добыча карьерными комбайнами позволяет снимать каждый пласт по отдельности. С одной стороны, выросла добыча горючего сланца на квадратный метр, с другой – повысилось качество материала.

Напротив, при буровзрывных работах горючий сланец сильно смешивался с известняком, что вело к снижению удельной теплоты сгорания горючего сланца. При полуселективной добыче удельная теплота сгорания была выше, чем у материала, добытого в результате буровзрывных работ, но этот сложный процесс добычи требует и большого количества машин.

С другой стороны, карьерные комбайны обеспечивают селективную добычу высококачественного горючего сланца при помощи всего лишь одной машины. Благодаря высокому качеству добываемый продукт пригоден как для производства тяжелого топлива, так и электроэнергетики. Кроме того, отдельно добываемый известняк тоже можно продавать в качестве конечного продукта.

Экономические преимущества технологии открытой разработки

Wirtgen GmbH имеет собственное ноу-хау в сфере технологии фрезерования и специализируется на поддержке своих клиентов при добыче в сложных условиях. Например, карьерные комбайны можно точно настроить на добычу пород различной прочности. Селективная добыча повышает качество конечного продукта и делает возможным хозяйственное использование побочных продуктов.

В рамках технологии открытой разработки использование дробилок предварительного дробления становится ненужным, поскольку комбайн сразу производит размер зерна менее 100 мм. Снижаются капитальные вложения в горнодобывающее оборудование. Еще одно преимущество малого размера зерен: на каждую ходку в самосвал можно погрузить прибл. на 10 % больше материала. Это снижает количество грузового транспорта, потребляемого топлива и эксплуатационные расходы.

Открытая разработка: особая экологичность и безопасность добычи

Горючий сланец добывается как открытым, так и подземным способом. При открытом способе, где используются карьерные комбайны, горючий сланец залегает под слоем грунта глубиной от 2 м до 30 м. Здесь отчетливо проявляется природоохранные преимущества технологии открытой разработки:

  • для добычи такого же количества горючего сланца требуется снимать меньше грунта. Поскольку при использовании карьерных комбайнов Wirtgen можно добывать больше полезных ископаемых на квадратный метр в сравнении с другими методами добычи, снижается количество транспортируемых вскрышных пород на тонну материала.
  • Потребность в буровзрывных работах при этой технологии открытой разработки отпала. Отсутствуют вибрация и шумовое загрязнение, характеризующие взрывные работы.
  • Еще одним аспектом экологичности добычи является малое количество пыли при фрезеровании материала.
Срезанный материал можно выкладывать в виде валика сбоку или позади карьерного комбайна. Материал можно также загружать непосредственно в грузовые машины для дальнейшей транспортировки.

Срезанный материал можно выкладывать в виде валика сбоку или позади карьерного комбайна. Материал можно также загружать непосредственно в грузовые машины для дальнейшей транспортировки.

Вывод: технология открытой разработки впечатляет во всех отношениях

При прямом сравнении в условиях добычи горючего сланца в Эстонии карьерные комбайны Wirtgen доказали свое превосходство над обычными методами: Впечатляли как продуктивность машин, так и высокое качество материалов, полученных методом селективной добычи. Дополнительные преимущества в издержках производства из-за возросшей загрузки самосвалов, а также такие позитивные аспекты, как экологичность и безопасность, сделали технологию открытой разработки предпочтительным методом добычи.

На одном из рудников в западной части месторождения горючего сланца в Эстонии было проведено сравнительное испытание трех методов добычи. При прямом сравнении в условиях добычи горючего сланца в Эстонии карьерные комбайны Wirtgen доказали свое превосходство над обычными методами.

На одном из рудников в западной части месторождения горючего сланца в Эстонии было проведено сравнительное испытание трех методов добычи. При прямом сравнении в условиях добычи горючего сланца в Эстонии карьерные комбайны Wirtgen доказали свое превосходство над обычными методами.

RU