Wybrane zagadnienia odtwarzania potencjału produkcyjnego w kopalniach węgla brunatnego - budowa i modernizacja maszyn podstawowych

WPROWADZENIE

W ubiegłym stuleciu węgiel brunatny stał się jednym z najważniejszych nośników wykorzystywanych do produkcji energii elektrycznej. Surowiec ten może być stosowany w wielu dziedzinach gospodarki i przemysłu, między innymi w rolnictwie, przemyśle chemicznym, jak również w realizowaniu przedsięwzięć służących ochronie środowiska. Jednak najbardziej efektywne jest jego wykorzystanie do produkcji energii elektrycznej. w wielu krajach udział węgla brunatnego w produkcji energii elektrycznej waha się od kilku do kilkudziesięciu procent. w Polsce udział ten w ostatnich latach mieścił się w granicach od 34 do 40%, w efekcie czego surowiec ten stał się obok węgla kamiennego podstawowym źródłem energii, stanowiącym o bezpieczeństwie energetycznym naszego państwa. Utrzymujące się w ostatnich latach na poziomie około 60 mln Mg/rok wydobycie węgla brunatnego pozyskiwane jest w czterech kopalniach: Adamów, Bełchatów, Konin i Turów. Stosowany w tych kopalniach technologiczny park maszynowy stanowiący o ich zdolnościach wydobywczych, a szczególnie maszyny podstawowe (koparki wielonaczyniowe, zwałowarki taśmowe) są już w dużym stopniu wyeksploatowane tak pod względem technicznym, jak i ekonomicznym. Zagadnienie to w największym stopniu dotyczy Kopalni Węgla Brunatnego "Konin" w Kleczewie SA, która spośród krajowych kopalń węgla brunatnego ma najstarszy park maszynowy.

TECHNOLOGICZNY PARK MASZYNOWY

Maszyny podstawowe pracujące w kopalniach węgla brunatnego w większości zostały zaprojektowane i zbudowane w latach 50., 60. i 70., a ich wiek przekroczył normatywny czas eksploatacji, który producenci określali na 25-30 lat. Większość maszyn pochodzi z importu (Niemcy), a przy ich projektowaniu nie brano pod uwagę cięższych warunków geologicznych, jakie panują w polskich kopalniach węgla brunatnego. Przyczynia się to do powolnego obniżania potencjału wydobywczego, a działania zmierzające do jego utrzymania stają się strategicznymi, które decydować będą o dalszym funkcjonowaniu zakładów górniczych.

W tabeli 1 zestawiono liczbę i wiek maszyn podstawowych kopalń węgla brunatnego w Polsce. Jak wynika z danych zawartych w tabeli prawie 50% maszyn eksploatowanych w górnictwie węgla brunatnego pracuje ponad 30 lat, a 33,3% przekroczyło 35-letni okres eksploatacji. Jeszcze gorzej wyniki te wyglądają analizując kopalnie indywidualnie. Tylko KWB "Bełchatów" posiada maszyny o średnim stażu eksploatacyjnym. Jednak i w tej kopalni najstarsze maszyny są użytkowane już powyżej 25 lat. w Kopalni "Adamów" aż 9 maszyn pracuje ponad 35 lat – co stanowi 69,2%, reszta to maszyny nowe lub poddane gruntownej modernizacji. Podobne relacje występują w KWB "Turów" gdzie 59,2% stanowią maszyny z ponad 30-letnim stażem, a 40,8% ze stażem poniżej 25 lat [6]. Kopalnia "Turów" znaczny udział maszyn z krótkim stażem zawdzięcza procesowi modernizacyjnemu koparek SchRs-1200 i zakupowi nowych maszyn w ostatnich kilkunastu latach. Najgorzej przedstawia się sytuacja w Kopalni "Konin", która posiada 62,5% maszyn o stażu ponad 30-letnim, a tylko 16,7% pracuje poniżej 25 lat.

Tabela 1. Zestawienie liczby i wieku maszyn górnictwa węgla brunatnego na 31.12.2002. [6]

Lp.	Określenie			Rodzaj maszyny	Liczba maszyn w kopalni	Liczba maszyn o stażu
	Oznaczenie	Rok produkcji	Kraj dostawy			>35	>30	>25	do 25
KWB "Adamów":
1	SchRs-315	1962	NRD	koparki kołowe	1	1	-	-	-
2	SchRs-800	1959, 63, 66	NRD		3	3	-	-	-
3	SchRs-1200	1962	NRD		1	1	-	-	-
4	KWK-1200M	1993	Polska		1	-	-	-	1
5	KWK-1500s	1988, 96	Polska		2	-	-	-	2
6	ERs-400	1962, 63	NRD	koparki łańcuchowe	2	2	-	-	-
7	A2RsB-5000	1960, 64	NRD	zwałowarki	2	2	-	-	-
8	ZGOT-8000	1989	Polska		1	-	-	-	1
RAZEM KWB "ADAMÓW":				szt.	13	9	-	-	4
				%	-	69,2	-	-	31,8
KWB "Konin":
1	SchRs-315	1965	NRD	koparki kołowe	1	1	-	-	-
2	SchRs-800	1965	NRD		1	1	-	-	-
3	SchRs-900	1983	RFN		1	-	-	-	1
4	SchRs-1200	1969	NRD		1	-	1	-	-
5	SRs-1200	1968, 71, 71, 74, 75	NRD		5	-	3	2	-
6	KWK-800M	1997	Polska		1	-	-	-	1
7	KWK-1500s	1985	Polska		1	-	-	-	1
8	Rs-400	1962	NRD	koparki łańcuchowe	1	1	-	-	-
9	Rs-560	1961, 66, 67, 68	NRD		4	2	2	-	-
10	ERs-710	1972, 72	NRD		2	-	-	2	-
11	A2RsB-5000	1966, 67	NRD	zwałowarki	2	1	1	-	-
12	A2RsB-8800	1971, 71, 75, 82	NRD		4	-	2	1	1
RAZEM KWB "KONIN":				szt.	24	6	9	5	4
				%	-	25	37,5	20,8	16,7
KWB "Turów":
1	SchRs-1200	1960, 61, 63, 68, 68	NRD	koparki kołowe	5	3	2	-	-
2	KWK-1200	1996, 98, 00	Polska		3	-	-	-	3
3	KWK-1400	1980	Polska		1	-	-	-	1
4	KWK-1500	1992, 93, 96	Polska		3	-	-	-	3
5	ERs-560	1956, 59, 63	NRD	koparki łańcuchowe	3	3	-	-	-
6	B-1120	1961, 62	NRD	przeładowarki	2	2	-	-	-
7	BK-1500	1998	Polska		1	-	-	-	1
8	B-300	1964, 65	NRD		2	2	-	-	-
9	A2RsB-5000	1960, 60, 61, 61	NRD	zwałowarki	4	4	-	-	-
10	ARs-P-6500	1983	RFN		1	-	-	-	1
11	ZGOT-6300	1994	Polska		1	-	-	-	1
12	ZGOT-11500	2000	Polska		1	-	-	-	1
RAZEM KWB "TURÓW":				szt.	27	14	2	-	11
				%	-	51,8	7,4	-	40,8
KWB "Bełchatów":
1	SRs-2000	1979, 80, 81, 83, 84	NRD	koparki kołowe	5	-	-	-	5
2	SchRs-4000/37,5	1984, 85	RFN		2	-	-	-	2
3	SchRs-4000/50	1983	RFN		1	-	-	-	1
4	SchRs-4600/30	1977, 78	RFN		2	-	-	-	2
5	SchRs-4600/50	1977	RFN		1	-	-	-	1
6	ERs-710	1982, 84	NRD	koparki łańcuchowe	2	-	-	-	2
7	A2RsB-12500	1977, 78	NRD	zwałowarki	2	-	-	-	2
8	A2RsB-15400	1979, 80, 84, 85	NRD		4	-	-	-	4
9	ZGOT-5500	1998	Polska		1	-	-	-	1
10	ŁZKS-1600	1980, 82, 84	Polska	ładowarko-zwałowarki	3	-	-	-	3
RAZEM KWB "BEŁCHATÓW":				szt.	23	-	-	-	23
				%	-	-	-	-	100
ŁĄCZNIE kopalnie węgla brunatnego:				szt.	87	29	11	5	42
				%	-	33,3	12,6	5,8	48,3

W ostatnich kilkudziesięciu latach, w kopalniach węgla brunatnego w Polsce, ze względu na stopień zużycia fizycznego lub ekonomicznego zlikwidowano 28 koparek wielonaczyniowych i zwałowarek różnego typu, co przedstawia tabela 2. Likwidacji uległy wszystkie koparki łańcuchowe na podwoziu szynowym typu D-1120 i Ds-1120 i zwałowarki taśmowe na podwoziu szynowym typu As-1120 oraz kilka z najdłużej wykorzystywanych maszyn, z których najstarsza koparka kołowa na podwoziu gąsienicowym (SchRs-350 pracująca w Kopalni Węgla Brunatnego "Turów") zbudowana była w 1936 roku.

Tabela 2. Wykaz maszyn podstawowych poddanych procesowi likwidacji w kopalniach węgla brunatnego w Polsce.

Lp.	Nazwa koparki	Rok wprowadzenia do eksploatacji	Rok likwidacji
KWB "Adamów"
1	KW-1450	1981	1988
2	D-1120	1964	1990
3	A2RsB-2500/4000	1970	1990
4	Ds-1120/2	1976	1992
5	As-1120	1979	1993
6	SchRs-1200/2	1964	1996
7	Ds-1120/1	1976	1997
8	SchRs-315/2	1964	1998
9	SchRs-315/1	1961	1999
KWB "Konin"
1	W-750 GZUT	1955	1961
2	Ds-1120	1963	1973
3	As-1120/2	1963	1974
4	D-1120 (44)	1963	1989
5	D-1120 (84)	1965	1990
6	As-1120 (23)	1979	1991
7	As-1120/3	1963	1992
8	SchRs-315 (249)	1962	1996
9	SchRs-315 (131)	1956	2000
10	SchRs-315 (244)	1961	2001
KWB "Turów"
1	SchRs-450	1938	1991
2	SchRs-350	1936	1991
3	SchRs-800	1964	1992
4	SchRs-650	1940	1996
5	SchRs-315	1954	1998
6	A2RsB-5000 (Z-41)	1960	1999
7	A2RsB-5000 (Z-44)	1962	2000
8	SchRs-800	1963	2001
9	Rs-560	1956	2002

BUDOWA NOWYCH i MODERNIZACJA PRACUJĄCYCH MASZYN PODSTAWOWYCH

W drugiej połowie lat siedemdziesiątych produkcja koparek wielonaczyniowych i zwałowarek taśmowych dla górnictwa odkrywkowego w Europie skupiała się głównie w czterech krajach: RFN, NRD, ZSRR i CSRS. w Polsce, ze względu na ówczesną politykę, jak również umaszynowienie pracujących kopalń węgla brunatnego, głównym dostawcą maszyn była NRD [5]. Sytuacja w tym zakresie zmieniła się na początku lat osiemdziesiątych. w związku z intensywnym rozwojem górnictwa odkrywkowego w kraju i na świecie oraz uciążliwymi praktykami monopolistycznymi stosowanymi przez producentów maszyn z NRD, przystąpiono do działań uniezależniających nasz kraj od importu [4]. w tym okresie rozwinięto krajową bazę produkcyjną, projektową i naukową, co umożliwiło wyprodukowanie pierwszych polskich koparek i zwałowarek oraz uniezależniło nasz kraj od kosztownego importu nowych maszyn oraz kłopotliwego zakupu części zamiennych.

Historia budowy maszyn podstawowych w Polsce datuje się od roku 1977, to jest od momentu podjęcia decyzji o wykonaniu pierwszej polskiej koparki kołowej KWK-1400 (tabela 3). Koparka ta oddana została do eksploatacji w KWB "Turów" w 1980 roku, a jej dobre wyniki eksploatacyjne spowodowały efekt w postaci projektowania i budowy następnych maszyn. Kolejną koparką oddaną do eksploatacji była koparka KWK-1500s wybudowana w 1985 roku dla Kopalni "Konin". w 1988 roku oddano do eksploatacji drugą maszynę tego typu zbudowaną dla KWB "Adamów". Obie te maszyny wykorzystywane były do urabiania nadkładu. Trzy kolejne maszyny KWK-1500s trafiły do Kopalni "Turów" w 1992, 1993 i 1995 roku. Ostatnią oddaną do eksploatacji maszyną tego typu jest koparka pracująca od listopada 1996 roku w KWB "Adamów". Przy produkcji tych maszyn wprowadzano coraz nowsze rozwiązania techniczne pozwalające w znaczny sposób poprawić warunki pracy, jak i zwiększyć stopień niezawodności maszyn. Ich producentem była fabryka maszyn dla górnictwa odkrywkowego "Famago" ze Zgorzelca.

Tabela 3. Zestawienie maszyn podstawowych zbudowanych w Polsce od 1980 roku dla krajowych kopalń węgla brunatnego. [1]

Lp.	Typ maszyny	Rodzaj maszyny	Rok produkcji	Masa [Mg]	Wydajność [m3/h]	Miejsce pracy
1	KWK-1400	koparka kołowa	1980	1850	4000	KWB "Turów"
2	KWK-1500s		1985	2450	4100	KWB "Konin"
3	KWK-1500s		1988	2450	4100	KWB "Adamów"
4	KWK-1500s		1992	2450	4100	KWB "Turów"
5	KWK-1500s		1993	2450	4100	KWB "Turów"
6	KWK-1500s		1995	2450	4100	KWB "Turów"
7	KWK-1500s		1996	2450	4100	KWB "Adamów"
8	ZGOT-8000	zwałowarka	1989	2480	8800	KWB "Adamów"
9	ZGOT-6300		1994	907	6300	KWB "Turów"
10	ZGOT-5500		1998	650	5500	KWB "Bełchatów"
11	ZGOT-11500		2000	2250	11500	KWB "Turów"
12	ZGOT-15400		2004	3490	15400	KWB "Bełchatów"
13	ŁZKS-1600	ładowarko-zwałowarka	1980	880	5500/8000	KWB "Bełchatów"
14	ŁZKS-1600		1982	880	5500/8000	KWB "Bełchatów"
15	ŁZKS-1600		1984	880	5500/8000	KWB "Bełchatów"

Oprócz koparek polski przemysł buduje także zwałowarki (tabela 3). Pierwszą zwałowarką jest wybudowana w kooperacji z firmą KRUPP zwałowarka ARsP-6500, oddana do eksploatacji na potrzeby zwałowania wewnętrznego KWB "Turów" w 1983 roku. Całkowicie polską zwałowarką była przekazana do eksploatacji w 1989 roku dla KWB "Adamów" zwałowarka ZGOT-8000.100. w 1994 roku przekazano dla potrzeb KWB "Turów" zwałowarkę ZGOT-6300.60. Jest to maszyna dwuzespołowa, na podwoziu gąsienicowym. Dla KWB "Bełchatów" w roku 1998 wybudowano zwałowarkę ZGOT-5500. Bardzo korzystny dla krajowego przemysłu był rok 2000, w którym wyprodukowano zwałowarkę ZGOT-11500 dla Kopalni Węgla Brunatnego "Turów" oraz podpisano umowę na budowę zwałowarki ZGOT-15400.120. Zwałowarka ta, której budowę zakończono w 2004 roku, jest największą maszyną wyprodukowaną w Polsce i pracować będzie na nowej odkrywce "Szczerców" należącej do KWB "Bełchatów".

Z danych zawartych w tabeli 3 wynika, że najwięcej nowych wyprodukowanych w Polsce dużych maszyn podstawowych zakupiła Kopalnia "Turów" - 6, Kopalnia "Bełchatów" zakupiła 5 maszyn, a "Adamów" - 3. Najmniej maszyn podstawowych w tym okresie zamówiła od rodzimego przemysłu Kopalnia "Konin", tylko jedną KWK-1500s. Poza górnictwem węgla brunatnego, użytkownikami polskich koparek wielonaczyniowych, ładowarko-zwałowarek i zwałowarek taśmowych są również: kopalnie węgla kamiennego (praca na placach składowych węgla), elektrownie, elektrociepłownie, porty morskie i kopalnie piasku podsadzkowego.

Na początku lat 90., wobec braku środków na zakupy nowych maszyn podstawowych, które mogłyby uzupełnić potencjał produkcyjny kopalń, zaproponowano inne, nowatorskie na ówczesne czasy rozwiązanie problemu. Zaproponowano uruchomienie przedsięwzięć, znanych obecnie pod nazwą gruntownej modernizacji maszyn podstawowych, polegających w zależności od stanu technicznego i potrzeb: na odbudowie, przebudowie lub rekonstrukcji - generalnie na odnowieniu wyeksploatowanych maszyn do stanu gwarantującego wydłużenie ich żywotności eksploatacyjnej na okres dalszych 25-30 lat, przy jednoczesnym zapewnieniu aktualnych standardów w zakresie nowoczesności rozwiązań konstrukcyjnych oraz parametrów eksploatacyjnych [3].

W wyniku przeprowadzonych analiz uznano, że stopień wyeksploatowania szeregu maszyn podstawowych stwarza zagrożenie dla ciągłości eksploatacji i bezpieczeństwa ich pracy. Niektóre z tych maszyn nie były przystosowane do zmienionych warunków ich pracy. Analiza techniczno-ekonomiczna wykazała efektywność przedsięwzięć modernizacyjnych. Należy stwierdzić, że obiekty techniczne, jakimi są maszyny podstawowe, zbudowane są z zespołów maszynowo-konstrukcyjnych, które ulegają bardzo zróżnicowanemu zużyciu w czasie ich wieloletniej eksploatacji. Umiejętność ich odzyskiwania i wykorzystywania do dalszej eksploatacji w modernizowanej maszynie jest podstawą efektywności dalszego przedsięwzięcia. Przy projektowaniu maszyn, których modernizacja wymaga ingerencji w stalową konstrukcję nośną, najtrudniejszym do rozwiązania problemem jest kojarzenie starego (nitowanego) ustroju nośnego maszyny z nowo projektowanym (spawanym) w sytuacji, gdy do dyspozycji jest tylko szczątkowa dokumentacja starej maszyny bez obliczeń wytrzymałościowych.

Pierwszą maszyną podstawową poddaną gruntownej modernizacji była koparka SchRs-1200 (obecnie KWK-1200M) o numerze fabrycznym 265, która po 28-letniej eksploatacji w KWB "Adamów" uległa poważnej awarii w następstwie wady projektowej producenta. Wskutek utraty stateczności kompletnie zniszczona została konstrukcja nadwozia wraz ze znaczną częścią mechaniczną i elektryczną - w sumie co najmniej 300 ton konstrukcji. Odbudowa połączona z modernizacją koparki trwała od 1.08.1991 do 30.03.1993 i zakończona została sukcesem.

Doświadczenia zebrane przy modernizacji koparki KWK-1200M z Kopalni "Adamów" wykorzystane zostały w modernizacji kolejnych maszyn. w związku z poważnymi problemami wynikającymi przy eksploatacji koparek SchRs-1200 w Kopalni "Turów" podjęto decyzję o ich modernizacji. Koparki te, zaprojektowane do urabiania gruntów o małych i średnich oporach, zgodnie z założeniami inwestora, po modernizacji winny być dostosowane do trudnych warunków urabiania złoża i muszą gwarantować dalszą, przynajmniej 25-letnią pracę. w związku z tym między innymi należało [3]:

• zmienić konstrukcję koparki z wysuwowej na bezwysuwową z jednoczesnym przeprojektowaniem i dostosowaniem nowych gąsienicowych mechanizmów jazdy do wzmożonej pracy w czasie urabiania,
• wzmocnić napęd urabiania (do 500 kW) i elementy składowe mechanizmu urabiania (przekładnia, czerpaki, koło czerpakowe),
• wymienić konstrukcję stalową nadwozia na wzmocnioną oraz zmniejszyć do minimum możliwość jej odkształceń w czasie obrotu, przez usztywnienie konstrukcji dźwigara pierścieniowego,
• udrożnić układ transportu urobku,
• wymienić wyeksploatowaną część elektryczną na nową,
• zastosować urządzenia, aparaturę i instalacje najnowszej generacji.

W oparciu o podobne założenia w KWB "Turów" przeprowadzono modernizację kilku koparek typu SchRs-1200:

• koparki nr 14 w okresie od 27.03.1995 do 10.09.1996,
• koparki nr 27 w okresie od 01.04.1997 do 31.08.1998,
• koparki nr 26 w okresie od 01.02.1999 do 30.06.2000,
• koparki nr 28, której modernizacja zaczęła się 01.11.2000 i trwała do połowy 2002 roku.

Na podstawie tych modernizacji można stwierdzić, że przedsięwzięcia spełniły oczekiwania kopalni w zakresie zarówno technicznym, jak i ekonomicznym. Koszty związane z modernizacją stanowiły ok. 55-60% wartości wyprodukowanej w kraju nowej maszyny. Stan techniczny maszyn po modernizacji pozwolił także wydłużyć czas międzyremontowy i znacznie obniżył koszty remontów. Tabela 4 przedstawia zestawienie maszyn poddanych gruntownej modernizacji wraz z zakresem wykonywanych prac i określenie ile procentowo kosztowała modernizacja w porównaniu z zakupem nowej maszyny o zbliżonych parametrach.

Tabela 4. Zestawienie maszyn podstawowych poddanych tzw. gruntownej modernizacji.

Lp.	Inwestor	Typ maszyny (oznaczenie)		Rok		% ceny nowej maszyny	Zakres modernizacji
		Przed modernizacją	Po modernizacji	Prod.	Mod.
1	KWB "Adamów"	SchRs-1200	KWK-1200M	1961	1993	20	nowa konstrukcja stalowa nadwozia, nowe koło czerpakowe, nowy przenośnik odbierający, nowa część elektryczna,
2	KWB "Turów"	SchRs-1200	KWK-1200M	1962	1996	55	modernizacja układu urabiania (500kW, przekładnia planetarna, nowy czerpak i koło), nowa konstrukcja stalowa nadwozia, nowy gąsienicowy mechanizm jazdy, nowy przenośnik odbierający, nowa część elektryczna,
3	KWB "Konin"	SchRs-800	KWK-800M	1965	1997	55	modernizacja układu urabiania (320kW, przekładnia planetarna, nowe koło), nowa konstrukcja stalowa nadwozia, nowa droga transportowa, nowa część elektryczna,
4	KWB "Turów"	SchRs-1200	KWK-1200M	1962	1998	55	modernizacja układu urabiania (500kW, przekładnia planetarna, nowy czerpak i koło), nowa konstrukcja stalowa nadwozia, nowy gąsienicowy mechanizm jazdy, nowa droga transportowa, nowa konst. przenośnika pośredniego, nowa część elektryczna,
5	KWB "Turów"	As-50.12	ZGOT-2000.50	1961	1998	40	nowa konstrukcja stalowa nadwozia i mostu pod., nowa droga transportowa, nowa część elektryczna,
6	KWB "Turów"	B-1120	BK-1500	1963	1998	75	całkowita zmiana koncepcji maszyny z wykorzystaniem głównej części maszyny szynowej jako konstrukcji bazowej,
7	KWB "Turów"	SchRs-1200	KWK-1200M	1962	2000	60	modernizacja układu urabiania (500kW, przekładnia planetarna, nowy czerpak i koło), nowy typ konstrukcji stalowej nadwozia, nowy gąsienicowy mechanizm jazdy, nowa droga transportowa, nowa konst. przenośnika pośredniego, nowa część elektryczna,
8	KWB "Konin"	Rs-400	Rs-400	1962	modernizacja w realizacji		wymiana konstrukcji nośnej, nowe zespoły napędowe taśmy i łańcucha, nowa część elektryczna,
9	KWB "Konin"	A2RsB-5000	A2RsB-5000M	1966	modernizacja w realizacji		nowy zespół napędowy pojazdów, nowa część elektryczna, wymiana wszystkich pomieszczeń i kabin operatorów, modernizacja zespołów napędowych taśm, zmiana układów napinania taśm,

Kolejnym realizowanym zadaniem była przebudowa i modernizacja koparki SchRs-800 w KWB "Konin" połączona z równoczesnym przeniesieniem koparki z Odkrywki "Pątnów" na Odkrywkę "Lubstów". Modernizacja ta miała miejsce w terminie: 12.09.1995-31.07.1997, a w jej rezultacie powstała koparka KWK-800M, do budowy której wykorzystano podwozie i wiele mechanizmów z pracującej przed przebudową koparki. Zastosowano nowo zaprojektowane nadwozie z bezwysuwowym wysięgnikiem koła czerpakowego. Koszt całego przedsięwzięcia oceniono na 55% wartości nowej maszyny, a dużą część prac montażowych wykonała KWB "Konin" własnymi siłami. w 1997 roku w Elektrowni "Turów" przekazano do eksploatacji zwałowarkę ZGOT-2000.50 która powstała na podwoziu zakupionej od KWB "Adamów" zwałowarki As-50.12 (61% masy nowej maszyny). Ostatnim dużym przedsięwzięciem modernizacyjnym była budowa zasobnika węgla o pojemności 400.000 Mg w KWB "Turów". Projekt kompleksu zasobników z układem transportowym 12 przenośników, jednej zwałowarki ZSOT-4500.37 i dwóch przeładowarkach łańcuchowych BK-1500 oraz całą infrastrukturą zakładał wykorzystanie istniejących w kopalni maszyn i urządzeń w celu obniżenia kosztów przedsięwzięcia. Przeładowarka B-1120 o ok. 30-letnim stażu została wykorzystana do budowy nowej ładowarki kołowej o symbolu BK-1500 z wysuwanym do 13 metrów wysięgnikiem urabiającym i mostem o rozpiętości 51 m do obsługi rezerwowego zasobnika węgla. Wykorzystano posiadane w Kopalni "Turów" zespoły ŁZKS-1000 do budowy zwałowarki ZSOT-4500.37 - potrzebnej do obsługi zaprojektowanego zasobnika.

W Kopalni "Konin" realizowane są obecnie dwa przedsięwzięcia modernizacyjne dotyczące koparki Rs-400 i zwałowarki A2RsB-5000, których zakończenie przewidziano na rok rozpoczęcia zdejmowania nadkładu na nowej Odkrywce Drzewce (2005). Wszystkie wymienione wyżej przedsięwzięcia modernizacyjne zakończone zostały pomyślnie, a wybudowane na bazie poprzednich maszyn, nowe maszyny i urządzenia pracują zgodnie z założeniami inwestorów.

INNOWACYJNE ROZWIĄZANIA i TENDENCJE ROZWOJOWE NOWOCZESNYCH KOPAREK WIELONACZYNIOWYCH

W ostatnich latach coraz większe zastosowanie w światowym górnictwie odkrywkowym mają koparki kołowe budowy zwartej typu "Compact" [2]. Jako przykład ich coraz częstszego stosowania może służyć zestawienie wybranych maszyn tego typu zamieszczone w tabeli 5. Przyczyną rozwoju zastosowania koparek typu "Compact" jest fakt, że ich użytkowanie przynosi wymierne efekty eksploatacyjne i ekonomiczne.

Tabela 5. Dane techniczne wybranych koparek kołowych typu "Compact". [2]

			Miejsce pracy (odkrywka)
			Jewett Mine Texas	South Crek Mine N. Caro- lina	GCDS Mine Alber- ta	Sancor Mine Alber- ta	Caballo Mine Wyoming	Monti- cello Mine Texas	Vison- ta Węgry	Mor- well Austra- lia	Projekt koparki KWK-1800c
			Producent:
Lp.	Wyszczególnienie	Jednostka	Demag	Krupp	O + K	O + K	Krupp	Voest Alpine	Voest Alpine	O + K	Polte- gor- projekt
1	Wydajność teoretyczna	m3/h	3250	3300	5700	7865	6600	5700	5000	4000	6300
2	Pojemność czerpaków	L	900	625	1120	2450	1800	1500	1300	1500	1800
3	Liczba czerpaków	szt.	10	12	16	14	12	16	14	9	14
4	Średnica koła czerpakowego (D)	M	9	7,9	10,2	12,5	11	12,2	9,5	10,8	12,5
5	Moc napędu koła czerpakowego	KW	515	365	700	1000	1030	1000	1000	440	1000
6	Długość wysięgnika koła czerpakowego (L)	M	22,9	16	30,3	21	23,2	27,8	22,5	25	23,5
7	Długość wysięgnika załadowczego	M	30,5	25	25	35	27	30	35	35	35
8	Wysokość urabiania	M	18,3	15	26	21	20	24	20	20	17
9	Moc zainstalowana	KW	960	935	2687	2756	2730	2400	-	1090	3140
10	Masa koparki	Mg	707	390	1775	1900	1327	1210	1000	1100	1550
11	Wskaźnik porównawczy "W"		4,07	2,88	5,63	4,31	4,00	3,67	3,48	4,58	4,2

Do zalet koparek typu "Compact" zaliczyć można:

• mniejszy ciężar - o około 40-60% w porównaniu do koparek klasycznych z mostem podającym, przy zachowaniu porównywalnych parametrów technologicznych. Fakt ten wynika z charakterystycznych cech zewnętrznych koparek kompaktowych, takich jak:
  - podwozie tylko dwugąsienicowe,
  - platforma przedłużona do tyłu wraz z zintegrowanym pomieszczeniem wyposażenia elektrycznego i przeciwwagi,
  - hydrauliczny mechanizm zwodzenia obu wysięgników: koła czerpakowego i przenośnika załadowczego,
  - relatywnie krótki wysięgnik koła czerpakowego - stosunek długości wysięgnika do średnicy koła czerpakowego wynosi dla tego rozwiązania:
• duża manewrowość - dwugąsienicowe podwozie o relatywnie mniejszym promieniu skrętu oraz zwarta budowa czyni koparkę kompaktową bardziej mobilną w porównaniu do "klasycznych" koparek z mostem podającym, posadowionym na ogół na podwoziach z trójkątnym układem gąsienicowym. Manewrowość dodatkowo zwiększa możliwość jazdy po większych pochyłościach 1:11-1:18, w porównaniu do 1:33-1:40 w koparkach o budowie tradycyjnej. Pozwala to na znaczne zmniejszenie dróg wjazdowych i zjazdowych na odkrywce, co ułatwia przejazd wewnątrz odkrywki przy pracy na różnych poziomach roboczych,
• duża odporność konstrukcji na obciążenia dynamiczne i duże siły urabiania - relatywnie krótki wysięgnik koła czerpakowego czyni całą maszynę znacznie odporniejszą na obciążenia dynamiczne (drgania). Jest to bardzo istotne, ponieważ mamy coraz częściej do czynienia ze znacznymi mocami koła czerpakowego oraz z pracą w skałach trudno urabialnych.

Wymieniając zalety koparek kompaktowych należy wspomnieć także o słabej stronie tego rozwiązania, niższym współczynniku wykorzystania wydajności koparki w porównaniu do koparek konwencjonalnych (o dłuższym wysięgniku koła czerpakowego i z mostem podającym). Współczynnik ten jest niższy o około 12-18% [2]. Znacznie mniejsze są również możliwości technologiczne tych koparek, wynikające z mniejszych zasięgów urabiania (mniejsza szerokość zabierek i wysokość pięter). Tą niedogodność można ograniczyć poprzez eksploatację podpiętrami i zastosowanie przenośników samojezdnych.

Tabela 6 przedstawia porównanie parametrów technicznych pracujących za granicą koparek kompaktowych i koparek o budowie tradycyjnej powstałych w wyniku przebudowy i modernizacji koparek typu SchRs-800 i SchRs-1200 pracujących w Polsce oraz nowo projektowanej koparki KWK-1800c. Powstałe w wyniku modernizacji koparki KWK-800M i KWK-1200M w porównaniu z koparkami kompaktowymi osiągają mniejsze wydajności przy znacznie większych masach koparek. Natomiast mocną stroną tych maszyn jest większy zasięg urabiania.

Miarodajnym porównaniem koparek jest zastosowanie "wskaźnika jakości" Gärtnera. Wskaźnik jakości jest stosunkiem masy (G) urządzenia do wydajności teoretycznej Q i sumy promieni układu urabiającego i ładującego.

 

gdzie: oznaczenia umieszczone w tabeli 6.

Tabela 6. Porównanie parametrów technicznych koparek poddanych modernizacji i koparek typu "Compact".

Lp.	Wyszczególnienie	Oznaczenie	Jednostka	Rodzaj koparki
				Demag	KWK-800M	Voest Alpine	KWK-1200M	Poltegor KWK-1800c
1	Wydajność teoretyczna	Q	m3/h	3250	2540	5000	3750	6300
2	Pojemność czerpaków	V	l	900	800	1300	1200	1800
3	Liczba czerpaków	N	szt.	10	10	14	10	14
4	Średnica koła czerpakowego	D	m	9	8,4	9,5	8,4	12,5
5	Moc napędu koła czerpakowego	N	kW	515	320	1000	500	1000
6	Długość wysięgnika koła czerpakowego	LK	m	22,9	32,7	22,5	37	23,5
7	Długość wysięgnika załadowczego	Lp	m	30,5	35	35	39	35
8	Wysokość urabiania		m	18,3	20	20	25	17
9	Masa koparki	G	Mg	707	1243	1000	1819	1550
10	Wskaźnik porównawczy	W		4,07	7,22	3,48	6,38	4,2

Dokonując oceny za pomocą tego wskaźnika koparek modernizowanych oraz nowych koparek typu "Compact" można zauważyć znaczną różnicę otrzymanych wartości na korzyść nowych koparek. Mniejszy wskaźnik w oznacza mniejszą masę koparki wielonaczyniowej przypadającą na jednostkę wydajności i jednostkę geometrycznego zasięgu pracy.

Do chwili obecnej dla krajowego górnictwa węgla brunatnego nie wybudowano typowej koparki "Compact". Rozwiązania konstrukcyjne stosowane w koparkach poddanych gruntownej modernizacji w odniesieniu do poszczególnych mechanizmów zmierzają w podobnym kierunku, co rozwiązania w nowoczesnych koparkach kompaktowych. Jednak w procesie modernizacji koparek już użytkowanych nie ma możliwości zastosowania nowoczesnych rozwiązań: hydraulicznych mechanizmów zwodzenia obu wysięgników, dwugąsienicowego podwozia, itp. Można natomiast zastosować nowoczesne rozwiązania w zakresie wyposażenia elektronicznego sterowania i monitoringu pracy.

PODSUMOWANIE

Z przedstawionych w publikacji informacji dotyczących górnictwa odkrywkowego węgla brunatnego oraz używanych w nim maszyn podstawowych można wyciągnąć następujące wnioski końcowe:

• postępujący proces "starzenia" się maszyn podstawowych (których przewidywana przez producentów żywotność wynosi 25-30 lat) wyklucza dalsze utrzymanie obecnego poziomu wydobycia węgla brunatnego bez odtwarzania zdolności produkcyjnych,
• przed kopalniami węgla brunatnego: "Adamów", "Konin", "Turów", a także i "Bełchatów", stoi konieczność dokonania wyboru sposobu odtworzenia zdolności produkcyjnej: poprzez modernizację posiadanych lub zakup nowych maszyn podstawowych,
• zakończone powodzeniem wszystkie dotychczas zrealizowane przedsięwzięcia modernizacyjne wraz z wystarczająco dobrym stanem technicznym wielu używanych w polskim górnictwie węgla brunatnego maszyn podstawowych pozwalają traktować proces gruntownej modernizacji jako alternatywny sposób utrzymania zdolności produkcyjnych kopalń,
• dokonanie właściwego wyboru (pomiędzy modernizacją a zakupem) powinno być poprzedzone wnikliwą analizą techniczno-ekonomiczną każdego indywidualnego przypadku, mającą na celu ograniczenie ryzyka podjęcia niewłaściwej decyzji,
• przeciętne koszty gruntownej modernizacji maszyny podstawowej stanowią 55-60% kosztu zakupu nowej maszyny o zbliżonych parametrach eksploatacyjnych (wydajności, zasięgu urabiania).

dr inż. Mirosław Waroch
Główny Specjalista - Dział Restrukturyzacji i Postępu Technicznego
Kopalnia Węgla Brunatnego "Konin" w Kleczewie SA

LITERATURA

1. Alanowicz J., Maszyny podstawowe górnictwa odkrywkowego i podejmowane przedsięwzięcia w ich modernizacji i budowie, Górnictwo Odkrywkowe nr 1, Wrocław 2001
2. Koparka KWK-1800C - projekt wstępny, Poltegor-projekt Sp. z o.o., Wrocław 1995
3. Sapkowski W., SKW - Biuro Projektowo-Techniczne sp.j. w Zgorzelcu - 10 lat działalności, 25 lat doświadczeń w projektowaniu i budowie maszyn podstawowych i urządzeń górnictwa odkrywkowego, Węgiel Brunatny nr 3 (36) 2001
4. Sapkowski W., Kanczewski P., Wocka N., Podstawowe maszyny górnictwa odkrywkowego - stan dotychczasowy i perspektywy, VI Krajowy Zjazd Górnictwa Odkrywkowego - cz. 2, Konin 1995
5. Szewczyk B., Produkcja maszyn i urządzeń dla górnictwa węgla brunatnego w Polsce, Węgiel Brunatny 1 (18) 1997
6. Waroch M., Metoda analizy techniczno-ekonomicznej modernizacji lub zakupu koparek wielonaczyniowych na przykładzie Kopalni Węgla Brunatnego "Konin" w Kleczewie S.A., Praca doktorska, AGH 2004