Как работает подземная буровая машина: спускаемся в шахту12.02.2022 08:48

Только побывав в карьере или шахте и увидев все своими глазами, можно понять, с каким трудом достаются людям «дары» природы. Нам для этого пришлось облачиться в спецодежду и мощные резиновые сапоги по колено, повесить через плечо самоспасатели (устройство, вырабатывающее кислород, с загубником в высокотехнологичной переносной упаковке), надеть каски с фонарями и отправиться на Сафьяновский рудник, куда нас любезно пригласила Уральская горно-металлургическая компания. Сафьяновское месторождение считается весьма щедрым подарком природы: рудное тело здесь залегает на глубине всего нескольких метров от поверхности, а содержание меди в руде достигает внушительных… 2%. Да, это немало — на многих месторождениях приходится довольствоваться цифрами менее 1,5%.

Работая круглосуточно, горняки каждый день вывозят из карьера и подземного рудника более 4500 т сероватых «камней». Чтобы превратиться в чистый цветной металл, руда проходит десятки сложных технологических этапов на разных предприятиях. Ее дробят и измельчают, погружают в воду и сушат, переплавляют и перемешивают, на каждой стадии отделяя еще немного чистой меди от пустой породы и примесей. На одном из последних этапов медь фактически разбирается на отдельные ионы, растворяется в жидкости и собирается вновь с помощью электролиза.

Из той же руды получаются и другие ценные металлы: цинк, свинец, золото, серебро, селен, теллур, индий, галлий, германий, кадмий, висмут. Некоторые полезные вещества, например серная кислота, — побочные продукты производства меди. Выжать из добытой руды все соки — это целое искусство.

Работа в подземном руднике — ад для фотографа и рай для репортера. Здесь обитают механизмы, которых не встретишь при свете дня, и один из них — буровая машина Sandvik DL421, ради встречи с которой мы и спустились в шахту. Она весит 22 т, может бурить отверстия глубиной до 54 м под любым углом и умеет выполнять большую часть работы в беспилотном режиме. «Для нас это феррари», — улыбается наш проводник, заместитель главного инженера по подземным горным работам Дмитрий Данилов. «Видим, она красная», — соглашаемся мы.

Вентиляционная система, а также насосные станции для откачки воды — неотъемлемая часть любой шахты. Пока что шахта Сафьяновского рудника относительно неглубока, поэтому руду из нее вывозят на поверхность самосвалами. В более глубоких шахтах прямо на низких горизонтах устанавливают оборудование для дробления, а на поверхность измельченную руду доставляют с помощью специального лифта.

Чтобы понять, чем именно занимается в шахте столь продвинутая буровая машина, нужно освежить в памяти, как работает сам рудник. Рудное тело может залегать в толще породы на разной глубине и под разными углами. Оно может иметь любую форму (штоки, пласты, жилы) или вовсе представлять собой множество отдельных гнезд. Для простоты давайте представим себе вертикальный цилиндр.

«Револьверная» кассета буровой машины позволяет проходить скважины глубиной до 54 м, постепенно наращивая бур удлинительными штангами.

Сначала руду добывают открытым способом. Из карьера постепенно вынимают как руду, так и пустую породу. Борта карьера строятся уступами, что придает ему весьма узнаваемый облик. Глубина разработки открытым способом имеет свои пределы, которые установлены еще на стадии проектирования, и зависит от формы и глубины залегания рудного тела. К примеру, Сафьяновский карьер в настоящее время разросся до 900 м в диаметре, а его расчетная глубина составляет 265 м.

Для добычи руды с больших глубин строится шахта. Это целый подземный город, обстановкой напоминающий метро, а организацией движения — подземную парковку. «Этажи» в шахте называются горизонтами. Перемещаться между ними можно по наклонным каналам — съездам.

В Сафьяновском руднике горизонты строятся через каждые 20 м. Мы были на 60-м горизонте. Цифра указывает глубину относительно уровня моря. Правда, город Реж, в котором находится наш карьер, расположен на 200 м выше уровня моря, так что на самом деле мы спустились под землю на глубину 260 м.

Каналы проходят взрывным способом: буровая машина проделывает в породе горизонтальные скважины, в них закладывают взрывчатку. После взрыва обрушившуюся породу вывозят за пределы шахты. Стенки получившегося в результате тоннеля бетонируют, а местами даже усиливают арматурой. Создается прочная опалубка, защищающая канал от обрушения.

Весь фокус шахтных работ заключается в том, что человек ни при каких обстоятельствах не должен находиться в очистной камере, откуда, собственно, и достают руду. Поэтому алгоритм добычи выглядит следующим образом. На очередном горизонте описанным выше способом строится бетонированный горизонтальный канал — квершлаг, который считается капитальной горной выработкой. От него идет буровой орт — горная выработка, которая проходит прямо сквозь рудное тело. Ее не бетонируют, но закрепляют специальными шпурами. К концу бурового орта подходит буровая машина и бурит серию скважин, преимущественно вверх и в стороны.

Стоя на месте и поворачивая бур из стороны в сторону, машина может сделать несколько скважин в одной плоскости, так называемый веер. Отступив пару метров назад, она бурит новый веер. Когда сделано некоторое количество вееров, взрывники закладывают взрывчатку в каждую скважину.

1. Руль // 2. Ручка переключения скоростей. Вращением выбирается одна из трех скоростей, поворотом от себя или на себя — передний или задний ход // 3. Управление гидравлическими опорами шасси // 4. Приборы: обороты, уровень топлива, давление в гидравлических системах // 5. Управление положением перфоратора, а также высотой крыши и осветительными приборами // 6. Указатели поворота, звуковой сигнал, стояночный тормоз // 7. Управление катушками. Машина подключается к водопроводу и электрической системе, при этом кабели и шланги она возит с собой на моторизированных катушках // 8. Блок контрольных ламп и управления компрессорным оборудованием и системой смазки // 9. Аварийный выключатель // 10. Контрольная панель системы самодиагностики // 11. Педали газа и тормоза // 12. Камеры обзора.

После взрыва над буровым ортом образуется камера глубиной 20 м (до предыдущего горизонта), заполненная рудной горной массой. Заходить в нее нельзя, потому что там нет опалубки. Руду из камеры вынимает погрузочно-доставочная машина на радиоуправлении. Оператор управляет ею в зоне прямой видимости, но из безопасного места. Разумеется, на каждом горизонте вырабатывается множество таких камер.

11 метров — длина скромного грузового автомобиля без прицепа. Немного для машины, способной пробурить 54-метровую скважину в твердой скальной породе.

При собственной длине всего 11 м эта машина может пробурить скважину глубиной до 54 м. Это возможно благодаря револьверному механизму наращивания бура. В кассете, напоминающей барабан револьвера, хранится 29 «патронов» — двухметровых штанг с наружной резьбой с одной стороны и внутренней с другой. Еще одна штанга живет непосредственно на хвостовике перфоратора.

Пробурив скважину на глубину около 2 м, машина оставляет первую штангу внутри, отсоединяет перфоратор и отводит его назад, устанавливает между перфоратором и первой штангой новое звено и закручивает резьбу. Можно бурить дальше и при желании повторить эту операцию до 29 раз.

Бурение веера машина может проводить как в ручном, так и в полностью автоматическом режиме. Руководствуясь информацией от геологов, маркшейдер (горный инженер) составляет программу, определяющую, сколько скважин бурить, под какими углами и на какую глубину. Непосредственно в шахте он же ставит на стенах отметки для оператора обычной краской. Оператору остается лишь выставить машину (само шасси, а не бур) по отметкам с помощью встроенных лазерных указателей и запустить программу.