БЛОГ

Инновации стимулируют постоянное развитие горнодобывающей техники

# Инновации в горнодобывающем машиностроении: преодоление проблем развития и трансформация отрасли

I. Проблемы развития горнодобывающего машиностроения: срочная необходимость в инновациях

Горнодобывающая отрасль как базовая отрасль национальной экономики давно сталкивается с проблемами развития: «высокое энергопотребление, высокое загрязнение, низкая эффективность, высокий риск». Ограничения традиционного горнодобывающего оборудования в области технологий и эксплуатационных характеристик уже не могут соответствовать потребностям трансформации современных шахт в направлении «экологичности, интеллектуализации, крупномасштабности». С одной стороны, традиционное дробильное и обогатительное оборудование имеет высокое энергопотребление — на обработку одной тонны руды требуется 15–20 кВт·ч, что значительно превышает энергосберегающие стандарты отрасли. Кроме того, процесс эксплуатации сопровождается серьезным пылевым и шумовым загрязнением, не соответствующим экологическим требованиям. С другой стороны, низкая степень автоматизации оборудования требует ручного контроля и эксплуатации, что не только снижает эффективность (например, ручная регулировка зазора дробилки занимает 2–3 часа), но и несет потенциальные риски безопасности, такие как работы на высоте и отказы оборудования. Кроме того, при работе в сложных условиях горнодобывающих сценариев — крупных открыточных шахтах, глубоководных шахтах — адаптивность и производственная способность традиционного оборудования также существенно недостаточны. В этих условиях инновации стали ключевым драйвером для преодоления узких мест развития горнодобывающего машиностроения, способствуя трансформации отрасли из «экстенсивного» режима в «интенсивный, эффективный, экологичный».

II. Технологические инновации: реконструкция ключевых эксплуатационных характеристик горнодобывающего оборудования

Технологические инновации — «двигатель» развития горнодобывающего машиностроения. Благодаря прорывам в области энергетических систем, управляющих технологий, материаловедения и других направлений была комплексно модернизирована ключевая эксплуатационная характеристика горнодобывающего оборудования, что конкретно проявилось в трех аспектах:

1. Инновации в области энергетических и энергосберегающих технологий: снижение энергопотребления и загрязнения

Для решения проблемы высокого энергопотребления традиционного горнодобывающего оборудования в отрасли были достигнуты прорывы в области энергосбережения благодаря инновациям в энергетических системах. Во-первых, внедрение «постоянно магнитных синхронных электродвигателей + технологий частотной регулировки скорости» снизило энергопотребление на 15–20% по сравнению с традиционными асинхронными электродвигателями. Например, щековая дробилка с приводом постоянно магнитного синхронного электродвигателя, разработанная одной из компаний, снизила энергопотребление на обработку одной тонны руды с 18 кВт·ч до 14 кВт·ч, ежегодно экономя 120 000 кВт·ч электроэнергии. Во-вторых, исследования «гибридных энергетических систем» привели к применению двойного энергетического режима «дизель + электро» в крупных горнодобывающих самосвалах и мобильных дробилках. В период пиковой нагрузки используется дизельное энергообеспечение для обеспечения производительности, а в периоды низкой нагрузки или перемещения — переключение на электрический режим для снижения расхода топлива и выбросов выхлопных газов. После внедрения этой технологии в определенной открытой шахте расход топлива горнодобывающих самосвалов на 100 километров снизился с 50 л до 35 л, а выбросы углерода — на 30%. В-третьих, разработка «технологий рециклирования отработавшего тепла» позволяет использовать тепло, выделяющееся во время работы оборудования (например, теплоотдача электродвигателя, нагрев гидравлической системы), для подогрева смазочного масла или рабочих площадок, реализуя рециклирование энергии и дальнейшее снижение энергопотребления.

2. Инновации в области интеллектуальных управляющих технологий: реализация автоматизации и беспилотной эксплуатации

Применение интеллектуальных управляющих технологий превратило горнодобывающее оборудование из «ручной эксплуатации» в «автономную эксплуатацию». С одной стороны, технология «ПЛК + Интернет вещей» обеспечивает удаленный контроль и интеллектуальную регулировку оборудования. Например, горнодобывающие дробилки, мельницы и другое оборудование оснащены датчиками и модулями передачи данных, которые в реальном времени собирают параметры: температура электродвигателя, частота вибраций, расход материала. Данные анализируются на облачной платформе, а параметры эксплуатации оборудования (например, зазор дробилки, скорость помола) автоматически регулируются без ручного вмешательства. После внедрения этой технологии в обогатительный завод частота отказов оборудования снизилась на 40%, а производственная эффективность увеличилась на 25%. С другой стороны, постепенно внедряется «технология беспилотной эксплуатации». Беспилотные горнодобывающие самосвалы и беспилотные штроботрыды实现自主导航、обход препятствий и эксплуатацию посредством лазерного радара, высококачественных камер и алгоритмов искусственного интеллекта. После развертывания 50 беспилотных горнодобывающих самосвалов в крупной открытой шахте не только снизлась потребность в водителях на 80%, но и транспортная эффективность увеличилась на 15%, а частота аварий снизилась до 0,1 случая на миллион километров благодаря избежанию ошибок человеческого фактора.

3. Инновации в области материаловедения: повышение износостойкости и срока службы оборудования

Горнодобывающее оборудование долгое время работает в условиях высоких ударов и высокого износа, поэтому инновации в области материалов стала ключом к продлению срока службы оборудования. Во-первых, разработка «ультраизносостойких сплавных материалов» привела к применению композитных материалов «высокохромистый сплав + керамическое армирование» в щековых пластинах, молотках дробильного оборудования и футеровках обогатительного оборудования. Твердость может достигать HRC65 и выше, а износостойкость в 3–4 раза выше, чем у традиционной марганцовой стали. Высокохромистые сплавные молотки определенной ударной дробилки продлили срок службы с 3 месяцев до 12 месяцев, снизив потери от простоя из-за частой замены. Во-вторых, внедрение «легких высокопрочных материалов» — использование углепластиковых композитных материалов и высокопрочных алюминиевых сплавов в горнодобывающих конвейерах и рамах оборудования. По сравнению с традиционной сталью вес снижен на 30–40%, а прочность увеличена на 20%. Например, углепластиковый горнодобывающий конвейер, разработанный одной компанией, не только снизил нагрузку на привод оборудования, но и уменьшил энергопотребление во время транспортировки, а также имеет отличную коррозионную устойчивость, что делает его подходящим для использования в влажных и пыльных условиях горнодобывающих объектов.

III. Продуктовые инновации: адаптация к диверсифицированным сценариям горнодобывающих операций

С диверсификацией сценариев горнодобывающих операций (глубоководные шахты, полярные шахты, шахты строительных отходов) продуктовые инновации сосредоточены на «адаптивности к сценариям». Благодаря оптимизации конструкции и интеграции функций был разработан горнодобывающее оборудование, соответствующее специальным требованиям, преодолевая ограничения применения традиционного оборудования:

1. Продукты, адаптированные к экстремальным условиям: преодоление географических и климатических ограничений

Для экстремальных условий — полярные регионы, плато, глубокое море — горнодобывающее оборудование обеспечивает стабильную работу благодаря модификациям конструкции и функций. В полярных шахтах разработано «горнодобывающее оборудование, адаптированное к низким температурам», которое использует гидравлическое масло, устойчивое к низким температурам (может работать при -40℃), нагретые батареи и теплоизоляционные кожухи, обеспечивая запуск и эксплуатацию оборудования в экстремально холодных условиях. Мобильная дробилка, предназначенная для низких температур, использованная в определенной полярной железной руде, может непрерывно работать 8 часов при -35℃ без отказов. В глубоководных шахтах разработано «подводное горнодобывающее оборудование». Подводные дробилки и подводные насосы для транспортировки могут выполнять дробилку и транспортировку руды в глубоком море на 1000 метров благодаря водонепроницаемой герметичной конструкции и высокопressурной адаптивной структуре. После внедрения этого оборудования в глубоководное горнодобывающее предприятие была реализована коммерческая добыча глубоководных полиметаллических клубней. В шахтах на плато запущено «вентиляционное и энергетическое оборудование для условий плато». Оптимизация системы всасывания воздуха двигателя и вентиляционных устройств решает проблему недостаточной мощности оборудования, вызванной нехваткой кислорода на плато. После внедрения этой технологии в штроботryd определенной золотой руды на плато эксплуатационная эффективность восстановлена до 90% по сравнению с условиями равнин.

2. Многофункциональные интегрированные продукты: повышение эксплуатационной эффективности и гибкости

Благодаря интеграции функций горнодобывающее оборудование превратилось из «однофункциональной эксплуатации» в «интегрированную эксплуатацию», снижая количество оборудования и операционные этапы. Во-первых, «интегрированное оборудование для дробилки, сепарации и разделения» интегрирует модули дробилки, вибрационной сепарации и магнитного разделения в единую систему, например, мобильный горнодобывающий комплекс для строительных отходов может одновременно выполнять дробилку бетонных блоков, сепарацию гравийных фракций и удаление металлических примесей, сокращая время обработки на 30% по сравнению с традиционным раздельным оборудованием. Во-вторых, «модульное горнодобывающее оборудование» позволяет комбинировать разные функциональные модули (дробильный, обогатительный, транспортировочный) в соответствии с требованиями сценария, например, в мелких шахтах можно собрать компактную производственную линию из 2–3 модулей, а в крупных шахтах — расширить до полной линии из 10+ модулей, повышая гибкость применения.