“معضلة الكفاءة” الناجمة عن المكشطة
في عام 2019، استثمر منجم للنحاس مبلغًا كبيرًا من المال لتقديم كاشطتي ديزل بسعة دلو 4 متر مكعب. كان من المتوقع في الأصل حل عنق الزجاجة الخام مرة واحدة، ولكن لم يكن من المتوقع اكتشاف المشكلة بعد سقوط المعدات في المنجم: كان نصف قطر دوران النفق غير كافٍ، وكانت الكاشطات في معضلة؛ كان عرض المصد 3.5 مترًا فقط، ولم تتمكن المعدات كبيرة الحجم حتى من إكمال التوجيه؛
بعد أن تجاوزت مسافة النقل 200 متر، انخفضت كفاءة كاشطات الديزل من الهاوية، ولم يكن إنتاج الخام في نوبة واحدة بنفس جودة المعدات الأصلية القديمة التي يبلغ حجمها 2 متر مكعب.
هذا النوع من المواقف ليس حالة معزولة.
في مجال تعدين المعادن، من الشائع أن تفشل المعدات الجيدة في تلبية القدرة الإنتاجية المتوقعة: كفاءة منصات حفر الصخور أقل من نصف معلمات لوحة الاسم، ولا يمكن للمكشطة المرور في الأنفاق الضيقة، والقدرة على إنتاج الخام أعلى بكثير من قدرة حفر الصخور، مما يؤدي إلى بقاء المعدات في وضع الخمول لفترة طويلة.
جوهر المشكلة ليس في المعدات نفسها، ولكن في رابط الاختيار والمطابقة. لا يقتصر اختيار المعدات على “مجرد شراء أغلى المعدات”، ولا يقتصر دعم التحسين على “مجرد تجميع المعدات وتشغيلها”. إنه مشروع منهجي “متكيف مع ظروف المنجم”: تحدد ظروف الجسم الخام اتجاه الاختيار، وتتوافق معلمات المعدات مع احتياجات المشهد، ويمكن تكييف سعة العملية بأكملها مع بعضها البعض لتحقيق أقصى قدر من الفوائد.
1.
منطق الاختيار الأساسي: ظروف الجسم الخام ← معلمات المعدات ← القدرة الإنتاجية
عندما تختار العديد من الشركات المعدات، فإنها تنظر أولاً إلى جدول المعلمات ثم تقارن الأسعار قبل اتخاذ القرار النهائي. وهذا في الواقع وضع العربة أمام الحصان.
يجب أن تكون سلسلة منطق الاختيار الصحيحة: ظروف جسم الخام (السُمك، والميل، واستقرار الصخور المحيطة) → تحديد المعلمات الهيكلية للتوقف (القسم، مسافة النقل، ارتفاع التعدين) → تحديد نوع المعدات ومواصفاتها → التحقق مما إذا كانت الطاقة الإنتاجية تلبي احتياجات التعدين.
على سبيل المثال، بالنسبة للوريد الرقيق شديد الميل بسمك 2 متر وزاوية ميل 65 درجة، يكون عرض السدادة حوالي 2 متر فقط. من المستحيل الدخول إلى المحطة بمكشطة 3 م 3. في هذه الحالة، فإن الكاشطة الصغيرة التي يتم التحكم فيها عن بعد بسعة دلو تبلغ 0.9 متر مكعب وعرض الجسم 1.4 متر هي الخيار الأفضل.
وفقًا لإحصاءات الصناعة ذات الصلة، استثمرت Zijin Mining إجمالي أكثر من 24 مليون يوان منذ عام 2022 لتطوير 6 أنواع من المعدات الصغيرة وخفيفة الوزن المناسبة لأربعة سيناريوهات نموذجية لحفر الصخور والنقل والدعم والإغاثة في حالات الكوارث.
تمت ترقية وتطبيق ما مجموعه 92 مجموعة. من بينها، مكشطة صغيرة يتم التحكم فيها عن بعد لديها قدرة تجريف تصل إلى 80 طنًا في نوبة واحدة مدتها 6 ساعات في حالة مسافة نقل 50 مترًا، وكفاءة التعدين ثلاثة أضعاف كفاءة الرافعة الكهربائية بنفس القوة. المبدأ الأول لاختيار النموذج: يجب أن تكون المعدات قادرة على “الدخول والعمل والخروج”.
2. اختيار الكاشطة: “الشريك الذهبي” من حيث سعة الجرافة ومسافة النقل
إن الكاشطة هي المعدات الأساسية لاستخراج الخام في المناجم تحت الأرض.
يشير التحديد الأساسي إلى ثلاثة أبعاد: سعة الجرافة، ومسافة النقل، وسمك الجسم الخام.
2.1 حساب الطاقة الإنتاجية للساعة للمكشطة
تحدد القدرة الإنتاجية للساعة للمكشطة بشكل مباشر الحد الأعلى للقدرة الإنتاجية لنظام التعدين.
معادلة الحساب هي: Q = 3600×q×k₁×ρ/ (k₂×T)، حيث Q هي القدرة الإنتاجية للمكشطة في الساعة (t/h)؛ k₁ هو معامل ملء الدلو، بشكل عام 0.8؛ T هو وقت (أوقات) الدورة الواحدة، بما في ذلك التحميل والتفريغ ووقت الدوران على شكل حرف U ووقت السفر ذهابًا وإيابًا؛ q هي سعة دلو الكاشطة (م³)؛ ρ هي كثافة الخام (t/m³); k₂ هو المعامل السائب.
خذ مكشطة 3 متر مكعب في منجم للنحاس كمثال: كثافة الخام هي 2.88 طن/م3، معامل الرخاوة 1.6، مسافة النقل 80 متر، سرعة التشغيل 8 كم/ساعة، وقت التحميل والتفريغ على شكل حرف U هو 2 دقيقة، ومعامل التعبئة 0.8. القدرة الإنتاجية المحسوبة في الساعة هي 126t/h؛ إذا تمت زيادة مسافة النقل إلى 200 متر، فإن القدرة الإنتاجية للساعة تنخفض مباشرة إلى 81t/h. عندما تزيد مسافة النقل من 80 مترًا إلى 200 مترًا، تنخفض الكفاءة مباشرة بنسبة 36%. وهذا أيضًا هو السبب الأساسي وراء عدم مناسبة كاشطات الديزل ذات السعة الكبيرة لسيناريوهات مسافات النقل الطويلة، كما أن الكاشطات التي تعمل بالكابلات الكهربائية أكثر اقتصادا في سيناريوهات مسافات النقل الطويلة.
2.2 القواعد العملية لاختيار القدرة القتالية
وفقًا للمعلومات العامة المتعلقة بالصناعة، فإن أول مكشطة تحت الأرض بمساحة 8 أمتار مكعبة في البلاد تعتمد آلية عكسية سداسية الوصلات. الارتفاع الإجمالي للآلة أقل بنسبة 3% من المنتجات المماثلة، ويتم زيادة قوة التجريف بنسبة 5%.
وقد تم الترويج له وتطبيقه في المناجم واسعة النطاق في روسيا. ويمكن ملاحظة أن المعدات ذات السعة الكبيرة ليست مثل “السخيفة والسميكة”، ويمكن للابتكار الهيكلي أن يزيد من توسيع سيناريوهات تكييف المعدات.
3. اختيار معدات حفر الصخور: تحدد كفاءة التثقيب إيقاع التعدين
يعد حفر الصخور بمثابة الرابط الأمامي للتعدين. إذا كانت كفاءة التثقيب لا ترقى إلى المستوى القياسي، فإن جميع الروابط اللاحقة سوف تقع في معضلة “انتظار أن يصبح الأرز جاهزًا”.
معادلة حساب قدرة إنتاج التحول لمنصات حفر الصخور هي: V = v×h×k×n، حيث V هي قدرة إنتاج التحول (m/shift)؛ v هي سرعة الحفر النقية لحفر الصخور (m/h)؛ h هو عدد ساعات العمل في الوردية؛
k هو معامل الاستفادة من ساعات العمل، بشكل عام 0.4~0.6؛ n هو عدد مثقاب الصخور المثبتة على منصة الحفر.
بأخذ جهاز حفر الصخور ذو الذراعين في منجم كمثال، فإن سرعة الحفر النقية في الصخور الصلبة هي 0.8m/h، وتعمل الوردية الواحدة لمدة 8 ساعات، ومعامل استغلال ساعة العمل هو 0.5. القدرة الإنتاجية المحسوبة للوردية هي 6.4 م/الوردية.
إذا تم استخدام عربة حفر ذكية صغيرة بدلاً من ذلك، يمكن زيادة سرعة تقدم حفر الصخور في ظروف الصخور الصلبة من 0.4 م/دقيقة إلى 1 م/دقيقة، وتقليل وقت عملية الحفر لنفس النفق ذو المقطع العرضي من 8 ساعات إلى أقل من 4 ساعات، ومضاعفة سرعة تقدم حفر الصخور، وزيادة قدرة الحفر الشاملة بأكثر من مرة واحدة.
4.
تحسين المرافق الداعمة: القضاء على “التأثير البرميلي” للعملية برمتها
يعد اختيار المعدات بمثابة تحسين من نقطة واحدة، ودعم التحسين هو ترقية للنظام بالكامل. يتضمن خط إنتاج التعدين والنقل الكامل حفر الصخور ← التفجير ← التعدين ← النقل والوصلات الأخرى. إذا أصبح أي رابط عيبًا، فسيتم تقليل الكفاءة الإجمالية. جوهر دعم التحسين هو أن القدرة الإنتاجية لكل رابط تتطابق مع بعضها البعض، وتتكيف القدرة الإجمالية مع القدرة التصميمية للمنجم.
4.1 المخاطر والحلول الداعمة النموذجية
5. التحليل الاقتصادي: حساب التكلفة لكل طن من الخام
المعيار النهائي لاختيار المعدات هو المنفعة الاقتصادية. وطالما أنه من الممكن تخفيض تكلفة طن الخام، فإن الاستثمار الكبير يستحق العناء.
صيغة حساب تكلفة المعدات لكل طن من الموارد المعدنية هي: C = (P
لنأخذ مكشطة منجم بمساحة 3 متر مكعب كمثال: استثمار المعدات هو 2.8 مليون يوان، ومعدل الفائدة السنوي هو 5%، وعمر الخدمة هو 8 سنوات، وتكلفة الصيانة السنوية هي 350,000 يوان، والقدرة الإنتاجية السنوية هي 180,000 طن. تشير التقديرات إلى أن تكلفة الطن من معدات التعدين تبلغ حوالي 4.2 يوان/طن، وفترة استرداد الاستثمار أقل من 4 أشهر. ومع ذلك، إذا أدى الاختيار غير المناسب إلى نصف الكفاءة، تنخفض الطاقة الإنتاجية السنوية إلى 90.000 طن، وسترتفع تكلفة معدات التعدين للطن إلى 9.64 يوان/طن، وسيتم تمديد فترة استرداد الاستثمار إلى أكثر من 7 أشهر. وسوف تنعكس الفجوة في الاختيار بشكل مباشر في الفوائد الاقتصادية.
6. مرجع الحالة العملية
الحالة 1: منجم الرصاص والزنك في جوانجشي بانلونج: يحتوي المنجم على أنفاق ضيقة بشكل عام ولا يمكنه استخدام سوى مكشطة سعة 1 متر مكعب، مما يحد بشدة من طاقته الإنتاجية. عند الترويج لمشروع توسيع الإنتاج بقدرة 6000 طن في اليوم، قامت الشركة بتعديل معلمات النفق بطريقة مستهدفة وقدمت مكشطة 3 متر مكعب من خلال نقل التحلل والتجميع تحت الأرض.
استغرق الأمر 4 أيام فقط لإكمال التجميع والدخول في الإنتاج، مما أدى إلى تحسين مستوى الإنتاج الحديث للمنجم بشكل كبير.
الحالة 2: منجم هونان شيزويوان للمعادن غير الحديدية: تتبنى الشركة إستراتيجية ترقية خطوة بخطوة لتعزيز تحديثات المعدات في عملية الإنتاج تحت الأرض بأكملها: استبدال منصات الحفر المحمولة بأجهزة حفر الصخور الذكية، وزيادة كفاءة حفر الصخور بمقدار ثلاث مرات؛ استخدام كاشطات كبيرة بحجم 5 متر مكعب للتخلص من 4 متر مكعب أو أكثر عن طريق إزالة المعدات القديمة، زادت كفاءة التعدين للفرد بنسبة 20٪؛ وهي مجهزة بكاشطات بدون سائق 5G+ لتحقيق التعدين عن بعد.
وفي النصف الأول من عام 2024 وحده، استعادت 48000 طن من خام ستوب من خلال تقنية التجريف بالتحكم عن بعد، مما خلق قيمة اقتصادية قدرها 32 مليون يوان، وتم اختيارها بنجاح كمصنع إقليمي لعروض “5G+ Industrial Internet”.
خلاصة القول، إن جوهر اختيار معدات التعدين ودعم التحسين هو “فن المطابقة”: فقط من خلال مطابقة الجسم والمعدات الخام، ومطابقة الروابط والوصلات، ومطابقة المدخلات والمخرجات، يمكن تحقيق أقصى قدر من الفوائد.
يمكن تلخيص المبادئ الأساسية في ثلاث جمل: تحدد ظروف الجسم الخام الاتجاه، ويتم التحقق من صيغة الحساب، ويؤدي تحسين المطابقة إلى تحقيق فوائد.
