Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcyjnego kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych

Transkrypt

1 Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Katedra Górnictwa Odkrywkowego Rozprawa doktorska Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcyjnego kruszyw w zależności od wybranych Mgr inż. Tomasz Będkowski Promotor: Prof. dr hab. inż. Zbigniew Kasztelewicz Promotor pomocniczy: Dr inż. Maciej Zajączkowski Kraków, 2016 rok

2 Uprzedzony o odpowiedzialności karnej na podstawie art. 115 ust. 1 i 2 ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych (tj. Dz.U. z 2006 r. Nr 90, poz. 631 z późn. zm.): Kto przywłaszcza sobie autorstwo albo wprowadza w błąd, co do autorstwa całości lub części cudzego utworu albo artystycznego wykonania, podlega grzywnie, karze ograniczenia wolności albo pozbawienia wolności do lat 3. Tej samej karze podlega, kto rozpowszechnia bez podania nazwiska lub pseudonimu twórcy cudzy utwór w wersji oryginalnej albo w postaci opracowania, artystyczne wykonanie albo publicznie zniekształca taki utwór, artystyczne wykonanie, fonogram, wideogram lub nadanie. A także uprzedzony o odpowiedzialności dyscyplinarnej na podstawie art. 211 ust. 1 ustawy z dnia 27 lipca 2005 r. Prawo o szkolnictwie wyższym (tj. Dz.U. z 2012 r. poz. 572, z późn. zm.) Za naruszenie przepisów obowiązujących w uczelni oraz za czyny uchybiające godności studenta student ponosi odpowiedzialność dyscyplinarną przed komisją dyscyplinarną, oświadczam, że niniejszą pracę doktorską wykonałem osobiście i samodzielnie i że nie korzystałem ze źródeł innych niż wymienione w pracy. Kraków, dnia Czytelny podpis 2

3 Serdecznie dziękuję Panu Profesorowi Zbigniewowi Kasztelewiczowi za inspirację, pomoc i opiekę naukową w trakcie powstawania niniejszej pracy. Gorąco dziękuję Panu Doktorowi Maciejowi Zajączkowskiemu za wskazówki, rady, owocne dyskusje oraz Żonie Annie za wsparcie i wyrozumiałość. 3

4 Spis Treści 1. WSTĘP CEL, TEZA I ZAKRES PRACY PROBLEMATYKA DOBORU SPOSOBÓW URABIANIA W GÓRNICTWIE SUROWCÓW SKALNYCH PROBLEMATYKA URABIANIA MECHANICZNEGO ZA POMOCĄ SPYCHARKI Z OSPRZĘTEM ZRYWAKOWYM PROBLEMATYKA URABIANIA MECHANICZNEGO ZA POMOCĄ KOMBAJNU FREZUJĄCEGO PROBLEMATYKA URABIANIA MECHANICZNEGO ZA POMOCĄ MŁOTA HYDRAULICZNEGO PROBLEMATYKA URABIANIA MECHANICZNEGO ZA POMOCĄ ZRYWAKA WIBRACYJNEGO PODSUMOWANIE IDENTYFIKACJA OBIEKTU BADAŃ CECHY GEOLOGICZNE ZŁOŻA WAPIENI JURAJSKICH RACISZYN WIELKOŚĆ ORAZ KLASYFIKACJA ZASOBÓW ZŁOŻA BADANIA TERENOWE BADANIE MŁOTEM HYDRAULICZNYM Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem młota hydraulicznego BADANIE ZRYWAKIEM WIBRACYJNYM Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem zrywaka wibracyjnego BADANIE KOMBAJNEM FREZUJĄCYM TYPU WIRTGEN Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem kombajnu frezującego typu Wirtgen BADANIE KOMBAJNEM FREZUJĄCYM TYPU VERMEER Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem kombajnu frezującego typu Vermeer BADANIE SPYCHARKĄ Z OSPRZĘTEM ZRYWAKOWYM Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem spycharki z osprzętem zrywakowym ANALIZA KRZYWYCH SKŁADU ZIARNOWEGO UROBKU UZYSKANEGO RÓŻNYMI SPOSOBAMI URABIANIA MECHANICZNEGO MODEL TECHNOLOGICZNY PROCESU PRODUKCJI KRUSZYW WYRÓWNANIE WYDAJNOŚCI BADANYCH SPOSOBÓW MECHANICZNEGO URABIANIA SKAŁ WĘGLANOWYCH MODEL EKONOMICZNY PROCESÓW ZAŁOŻENIA W ZAKRESIE DOBORU MASZYN I URZĄDZEŃ W UKŁADZIE TECHNOLOGICZNYM PRODUKCJI KRUSZYW KOSZT ZUŻYCIA PALIWA Koszt zakupu paliwa Zużycie paliwa na poszczególnych maszynach AMORTYZACJA KOSZTY SERWISU I NAPRAWY MASZYN POZOSTAŁE KOSZTY OPERACYJNE PODSUMOWANIE ANALIZY EKONOMICZNEJ PROCESU URABIANIA MODEL EKONOMICZNY POZOSTAŁYCH PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH Koszt pracy ładowarki Koszt pracy wozidła technologicznego Koszt pracy koparki jednonaczyniowej Koszt pracy kruszarki PODSUMOWANIE MODELU EKONOMICZNEGO

5 8. MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA ZMIENNEJ PRODUKCJI ROCZNEJ ZAŁOŻENIA PRZYJĘTE DO PRZYGOTOWANIA MODELU MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA KOPARKI JEDNONACZYNIOWEJ Z MŁOTEM HYDRAULICZNYM MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA KOPARKI JEDNONACZYNIOWEJ ZE ZRYWAKIEM WIBRACYJNYM MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA KOMBAJNU FREZUJĄCEGO WIRTGEN MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA KOMBAJNU FREZUJĄCEGO VERMEER MODEL TECHNICZNO-EKONOMICZNY DLA SPYCHARKI Z OSPRZĘTEM ZRYWAKOWYM PODSUMOWANIE WIELOKRYTERIALNA METODA WYBORU SPOSOBU MECHANICZNEGO URABIANIA SKAŁ Z WYKORZYSTANIEM METODY BELLINGERA PODSTAWY TEORETYCZNE METODY BELLINGERA ZASTOSOWANIE METODY BELLINGERA DO WYBORU NAJKORZYSTNIEJSZEGO SPOSOBU MECHANICZNEGO URABIANIA SKAŁ PODSUMOWANIE PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE BIBLIOGRAFIA SPIS RYSUNKÓW SPIS TABEL ZAŁĄCZNIKI ZAŁĄCZNIK 1. WYNIKI BADAŃ WYTRZYMAŁOŚCI NA ŚCISKANIE BADANEGO SUROWCA SKALNEGO

6 1. Wstęp W ostatnim okresie coraz częściej odnotowuje się brak możliwości stosowania urabiania skał zwięzłych z wykorzystaniem techniki strzelniczej. Wynika to najczęściej z ograniczeń środowiskowych i potencjalnych konfliktów ze społecznością lokalną. Zjawisko to związane jest z rozwojem budownictwa mieszkaniowego, które swoim zasięgiem terytorialnym zbliża się do granic złóż surowcowych, szczególnie tych udokumentowanych, ale jeszcze niezagospodarowanych. Brak spójnej polityki w zakresie zagospodarowania przestrzennego dotyczącej ochrony terenów udokumentowanych złóż powoduje niejednokrotnie bezpośrednie sąsiedztwo nowo uruchamianych kopalń odkrywkowych z terenami mieszkaniowymi. Tworzone przez gminy plany w zakresie kształtowania przestrzennego, pomimo uwzględnienia w nich zalegających złóż, często nie uwzględniają minimalnych stref oddziaływania robót wiertniczo-strzałowych na sąsiednie zabudowania. W efekcie, postępowanie formalno-prawne w celu uzyskania koncesji na wydobycie kopaliny wiąże się z koniecznością akceptacji przez przedsiębiorcę górniczego zaostrzonych norm prawnych związanych z oceną wpływu takiej działalności na środowisko, co niejednokrotnie eliminuje możliwość stosowania materiałów wybuchowych do urabiania złoża. Ponadto wzrost świadomości społecznej w zakresie negatywnego oddziaływania na środowisko działalności górniczej oraz aktywny udział społeczności lokalnej i organizacji ekologicznych w procedurach administracyjnych w konsekwencji powoduje ograniczenia w stosowaniu robót wiertniczo-strzałowych. Zatem przedsiębiorcy górniczy stoją coraz częściej przed dylematem uruchomienia działalności górniczej z istotnym ograniczeniem, jakim jest zakaz stosowania robót wiertniczo-strzałowych. Wzrost konkurencyjności krajowych podmiotów zajmujących się górnictwem odkrywkowym w coraz większym stopniu wymaga od przedsiębiorcy górniczego poszukiwania najbardziej efektywnych ekonomicznie sposobów wszelkich procesów wewnętrznych, które w rezultacie wpływają na koszt wytworzenia 1 Mg surowca. Pojawia się zatem problem alternatywnego sposobu urabiania opartego na procesach urabiania mechanicznego. 6

7 Dobór odpowiednich sposobów jest zagadnieniem niezwykle złożonym i poza warunkami geologiczno-górniczymi, istotny wpływ mają wspomniane już ograniczenia, a także efektywność i niezawodność maszyn wraz z ich osprzętem. Ważnym czynnikiem pozostaje również doświadczenie eksploatacyjne w aplikacji poszczególnych rozwiązań. Wielokrotnie o zasadności i efektywności danego sposobu mechanicznego urabiania decydują, poza parametrami eksploatacyjnymi maszyn, także doświadczenie operatorów oraz ich umiejętności. Bez względu na zastosowany sposób mechanicznego urabiania oraz wiążącą się z nim wydajnością, w porównaniu do techniki strzelniczej cechuje go dużo wyższa energochłonność, a co za tym idzie wyższy koszt pozyskania 1 Mg urobku. Istotne znaczenie ma także wielkość nakładów inwestycyjnych, dostępność rynkowa maszyn, a przede wszystkim koszty eksploatacyjne, w tym koszty serwisowania i związane z nimi okresy niezdatności do pracy maszyn. Ponadto, wzrost parametrów wytrzymałościowych skał, takich jak np. wytrzymałość urabianego ośrodka na jednoosiowe ściskanie, zwięzłość czy zawartość wtrąceń innych minerałów, powoduje przyspieszone i zintensyfikowane zużycie narzędzi urabiających. W niniejszej rozprawie doktorskiej autor dokonał przeglądu i oceny stosowanych sposobów mechanicznego urabiania skał zwięzłych pod kątem energochłonności procesu oraz kosztu wytworzenia 1 Mg produktu gotowego. Badania zostały przeprowadzone na złożu wapieni jurajskich Raciszyn, zlokalizowanym w południowej części województwa łódzkiego. Ocena energochłonności tych procesów została wykorzystana w modelu ekonomicznym opracowanym dla zmiennego rocznego zapotrzebowania na gotowy produkt. Wyniki przeprowadzonych badań in situ stanowiły podstawę do przeanalizowania wpływu sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych na parametry techniczno-ekonomiczne procesu produkcji kruszyw. 7

8 2. Cel, teza i zakres pracy Celem niniejszej pracy było przeprowadzenie analizy parametrów technicznoekonomicznych produkcji kruszyw dla wybranych sposób mechanicznego urabiania skał węglanowych. Bazą informacji przyjętą przez autora były badania terenowe dostępnych technologii, które zdefiniowały najważniejsze parametry procesu pozyskania surowca. Na ich podstawie sformułowano następującą tezę pracy: Dobór sposobu mechanicznego urabiania skał węglanowych znacząco wpływa na efektywność operacyjną nie tylko procesu samego urabiania ale i całego układu technologicznego, co w konsekwencji odbija się na jednostkowym koszcie produkcji kruszyw. Badania terenowe wykonano przy wykorzystaniu następujących sposobów mechanicznego urabiania skał: - urabianie młotem hydraulicznym, - urabianie zrywakiem mimośrodkowym, - urabianie kombajnem powierzchniowym typu Wirtgen, - urabianie kombajnem powierzchniowym typu Vermeer, - urabianie spycharką z osprzętem zrywakowym. Jednym z kluczowych parametrów, będącym przedmiotem części badawczej było określenie poziomu wydajności rzeczywistej wybranej technologii (Etap 2 na rysunku 1). Ponadto dokonano oceny kosztów bezpośrednich procesu urabiania takich jak: zużycie paliwa, części zamiennych, serwisu czy kosztów obsługi. Szczegóły tej oceny zostały opisane w rozdziale nr 5. Następnie przeprowadzono analizy krzywych składu ziarnowego uzyskanej nadawy (Etap 3 na rysunku 1). Różnice w wielkości składu ziarnowego urobku dla poszczególnych sposobów urabiania mogą wpływać na koszty jego dalszego przetworzenia. Na podstawie tych informacji w dalszej części pracy stworzony został model kompletnego ciągu technologicznego, w skład którego wchodzą pozostałe maszyny niezbędne do produkcji kruszywa wapiennego, jako produktu końcowego (Etap 4 na rysunku 1). Miarę oceny energochłonności procesu produkcyjnego wyrażono jako koszt produkcji 1 Mg surowca. 8

9 Rys. 1. Algorytm etapów pracy badawczej [opracowanie własne] 9

10 Z uwagi na fakt, iż każda z badanych technologii charakteryzuje się zmienną wydajnością, dokonano jej wyrównania do oczekiwanej przez przedsiębiorcę górniczego wydajności rzeczywistej, zbliżonej do poziomu 190 Mg/h. W tym celu, w analizie kosztów (rozdział 6.2) wprowadzono wielokrotność wybranych urządzeń urabiających w taki sposób, aby przyjęte układy technologiczne mogły uzyskać łączną ilość urobku możliwie zbliżoną do oczekiwanego poziomu wydobycia (Etap 4 na rysunku 1). Jednocześnie przyjęto założenie określające produkt końcowy, jako kruszywo wapienne o frakcji 0-31,5 mm. Wspomniana frakcja jest powszechnie wykorzystywana w branży budownictwa drogowego, jako mieszanka do podbudowy zasadniczej i stanowi ona podstawowy surowiec do produkcji mączki wapiennej. Ponadto produkt ten jest dostarczany do sektora energetyki konwencjonalnej i po zmieleniu wykorzystywany, jako sorbent w procesach odsiarczania spalin. W przypadku analizowanego przedsiębiorstwa górniczego frakcja 0-31,5 mm stanowi około 70% wolumenu sprzedaży wszystkich kruszyw, a zatem jest najbardziej reprezentatywnym produktem handlowym dla wielu podmiotów w swoim sektorze. W rozdziale 7 niniejszej pracy stworzono model ekonomiczny procesów. Przyjęto jednorodne i spójne założenia do analizy kosztowej każdej badanej technologii. W tym celu pozyskano i przeanalizowano oferty handlowe nowych maszyn i urządzeń odpowiadających parametrom technicznym urządzeń wykorzystanych w testach badawczych. Przyjęto jednakowe założenia w zakresie amortyzacji tych urządzeń, kosztów obsługi oraz kosztów serwisu. Na bazie powyższych założeń (Etap 5 na rysunku 1) określono koszty jednostkowe na każdym etapie produkcji, zarówno dla procesu urabiania, ładowania, transportu jak i przeróbki. W efekcie przeprowadzonej analizy (Etap 6 na rysunku 1) wyznaczono całkowity koszt pozyskania 1 Mg produktu handlowego dla wszystkich sposobów urabiania mechanicznego skał i przy uwzględnieniu niezbędnej i oczekiwanej wydajność procesu, tj. 190 Mg/h. Szczegóły tych analiz zostały opisane w rozdziale 7.8. W dalszej części pracy (Etap 7 na rysunku 1) dokonano modelowania kosztów produkcji przy zmiennej wydajności rocznej w zakresie od 250 tys. Mg do około 2000 tys. Mg. Poziom ten określono, jako zwielokrotnienie zestawów produkcyjnych dla każdego badanego sposobu urabiania. Analiza określiła wpływ zwiększenia wydajności na poziom 10

11 jednostkowych kosztów pozyskania wyrobu finalnego. Jednocześnie został wyznaczony optymalny poziom wydajności każdego sposobu mechanicznego urabiania dla uzyskania najniższych kosztów całego procesu. Powyższa analiza została opisana w rozdziale 8. W końcowej części pracy opracowano metodę wyboru sposobu mechanicznego urabiania skał węglanowych (Etap 8 na rysunku 1). Metoda ta, oparta na wielokryterialnej metodzie podejmowania decyzji zwanej metodą Bellingera, umożliwiła włączenie do procesu wyboru również czynniki pozaekonomiczne jak na przykład aspekty środowiskowe. Wyniki tej metody wraz z uwzględnieniem ważności poszczególnych kryteriów opisano w rozdziale 9. Ostatni rozdział pracy dotyczył podsumowania i wniosków końcowych z przeprowadzonych w niniejszej pracy analiz techniczno-ekonomicznych. Praca składa się z 10 rozdziałów, 43 tabel oraz 71 rysunków. Podczas jej pisania powołano się na 75 przypisów literaturowych, w tym 39 pozycji zagranicznych. 11

12 3. Problematyka doboru sposobów urabiania w górnictwie surowców skalnych Spośród wielu problemów decyzyjnych w procesie projektowania i kierowania eksploatacją, a równocześnie jednym z najważniejszych jest odpowiedni wybór wyposażenia technicznego do realizacji głównych procesów technologicznych wydobycia, do których zalicza się między innymi urabianie, transport oraz przeróbkę kopaliny. Zapewnić należy przy tym jednocześnie odpowiednie powiązanie ilościowe i technologiczne pomiędzy tymi procesami dla osiągnięcia pełnej efektywności zarówno układu wydobywczego jak i przeróbczego. Ważnym elementem jest również zapewnienie jakości kruszywa zgodnie z zakładową kontrolą produkcji kruszyw [Kubaszewski i Góralczyk 2010]. W górnictwie odkrywkowym surowców skalnych w coraz większym zakresie występują ograniczenia stosowania robót wiertniczo-strzałowych stanowiących podstawowy sposób urabiania skał o zwięzłości powyżej 20 MPa. Ograniczenia te wynikają z faktu występowania znacznych oddziaływań drgań parasejsmicznych, rozrzutu odłamków skalnych oraz powietrznej fali uderzeniowej przy tych robotach, które mają negatywne oddziaływania na obiekty chronione czy na skupiska zamieszkującej ludności w pobliżu kopalń odkrywkowych. W takich przypadkach konieczne jest zastąpienie robót wiertniczo-strzałowych mechanicznymi sposobami urabiania, które umożliwiłyby dalsze utrzymanie konkurencyjności pozyskiwanej kopaliny [Kolleth 1990]. Ograniczenia te są ważnym czynnikiem, mogącym powodować zmniejszenie dostępności surowców kluczowych dla polskiej gospodarki [Galos i Samokowski 2014]. Dobór odpowiednich sposobów urabiania każdej skały jest zagadnieniem niezwykle złożonym i opisywanym w literaturze światowej [Atkinson 1971, Bieniawski 1975, Church 1981, Braybrook J.C 1988, Kennedy 1990, Kuznetsoc 1997, Hartman 1999, Ratan Raj 2005, Hustrulid i Kuchta 2006, Drebenstedt 2010, Lowrie 2011]. Podobne wnioski w tej tematyce zostały przedstawione przez polskich autorów. I tak na przykład według Z. Kozłowskiego [Kozłowski 1974] urabianie skał, czyli pokonywanie ich naturalnej zwięzłości w celu odspojenia od calizny, jest jedną z 12

13 podstawowych robót we wszystkich kopalniach. Sposoby urabiania, dobór stosowanych maszyn i sprzętu wg niego powinny zależeć od: - rodzaju urabianej skały (tj. dostosowania maszyn do oporów urabiania, pochyleń skarp, oblepiania narzędzi urabiających, nośności poziomów roboczych), - intensyfikacji robót w nadkładzie i złożu (tj. doboru wydajnościowego maszyn nadkładowych i eksploatacyjnych), - okresu eksploatacji (tj. uwzględnienia okresu amortyzacji dużych maszyn, które nie mogą być przeprowadzone do innej odkrywki), - parametrów przestrzennych wyrobiska (tj. doboru maszyn zapewniających urabianie projektowanych wysokości pięter nad i podpoziomowych, pracy na projektowanych pochyleniach, możliwości przejazdów po rampach wjazdowych i wkopach udostępniających), - sposobu załadunku i transportu urabianych mas (tj. doboru odpowiednich proporcji objętości łyżki koparki do objętości skrzyni wozidła technologicznego, stosowania koszy zasypowych przy koparkach współpracujących z przenośnikami, ukształtowania frontów roboczych w nawiązaniu do tras transportowych), - podaży oraz ceny maszyn i urządzeń (tj. możliwości dostaw maszyn i urządzeń w potrzebnym terminie, porównania ekonomicznego dostępnych maszyn), - specjalnych wymogów eksploatacyjnych (np. urabiania selektywnego lub ograniczeń gabarytowych urobku), - wymogów gospodarki warsztatowej (tj. unifikacji urządzeń, dostosowania projektowanych maszyn do możliwości warsztatów naprawczych oraz zapewnienia dostaw części zapasowych). Decyzja, jakie maszyny wydobywcze i środki transportowe zostaną zastosowane, zależy więc od różnorodnych czynników, przede wszystkim jednak warunków zalegania złoża przewidzianego do eksploatacji [Strzodka i inni 1983, Zajączkowski i inni 2014]. Do najważniejszych czynników, wynikających z warunków zalegania złóż, można zaliczyć więc: - własności litologiczne warstw zalegających w nakładzie, - formy zalegania złoża, nadkładu i otaczającego górotworu, 13

14 - warunki hydrogeologiczne, - podatność złoża, nadkładu i otaczającego górotworu na odwodnienie. Natomiast według A. Bębna [Bęben 2008] głównymi czynnikami decydującymi o przydatności maszyn i urządzeń do eksploatacji kopalin ze złóż są możliwości pełnego wykorzystania maszyn w danych warunkach złożowych zgodnie z założeniami zarówno użytkownika, jak i producenta, ich niezawodność, ekonomiczność eksploatacji, wygoda obsługi i pełna możliwość zaopatrzenia w części zamienne. Często jednak wyboru dokonuje się poprzez zakup maszyn aktualnie dostępnych na rynku u danego dostawcy, które nie zawsze są dostosowane do warunków geologiczno-górniczych. Według Z. Kasztelewicza [Kasztelewicz i inni 2013] do podstawowych kryteriów, które należy uwzględnić przy doborze mechanicznego sposobu urabiania, zalicza się przede wszystkim: rodzaj skały, warunki geologiczno-górnicze zalegania złoża, czynniki związane z ochroną środowiska i wpływu danej technologii na otoczenie, jak również niezawodność zastosowanego układu maszyn i ich dostępność. Ważnym czynnikiem jest również doświadczenie eksploatacyjne w stosowaniu poszczególnych sposobów [Kasztelewicz i inni 2012]. Właściwości związane z parametrami fizycznymi skał, głównie z wytrzymałością na ściskanie, oraz sposób zalegania warstw wraz z ich zaburzeniami powinno określić się z możliwie największą dokładnością [Hedjigeorgiu, Scoble 1990]. Są to dane wejściowe do analiz o znaczeniu zasadniczym. Bardzo często decydującym czynnikiem przy wyborze eksploatacji złoża są uwarunkowania prawne związane z ochroną środowiska oraz oddziaływania kopalni na sąsiednie tereny [Abdullatif i Cruden 1983, Drebenstedt 2010]. W przypadku skał o zwięzłości powyżej 20 MPa (m.in. wapieni, dolomitów, piaskowców, margli, trawertynów itp.) najniższe koszty jednostkowe (w zł/mg kopaliny) osiąga się stosując technikę strzelniczą. Dlatego też jest ona podstawową metodą eksploatacji skał zwięzłych, jednak przy występujących ograniczeniach związanych z drganiami parasejsmicznymi, powietrzną falą uderzeniową czy rozrzutem odłamków skalnych, kopalnie nie mają możliwości jej zastosowania blisko granicy eksploatacji sąsiadującej z zabudowaniami mieszkalnymi lub obiektami chronionymi. Ograniczenie to może być również ustanowione z uwagi na oddziaływanie hałasu pochodzącego od pracujących 14

15 maszyn. W tej sytuacji, pomimo większych kosztów eksploatacyjnych, poszukuje się obecnie innych rozwiązań urabiania skał zwięzłych. Rozważa się także dostępność rynkową maszyn, wielkość nakładów inwestycyjnych, koszty eksploatacyjne, w tym koszty serwisowania, itp. Każdy z przytoczonych czynników może mieć decydujące znaczenie przy wyborze wdrażanego sposobu mechanicznego urabiania skał. W przypadku braku możliwości zastosowania techniki strzelniczej pojawia się więc pytanie, jakie inne sposoby urabiania kopalin zwięzłych można wziąć pod uwagę przy kryterium minimalizacji jednostkowych kosztów eksploatacji. Alternatywą mogą być mechaniczne sposoby urabiania, charakteryzujące się jednak większą energochłonnością, a co za tym idzie wzrostem kosztów jednostkowych w granicach % [Kasztelewicz i inni 2013]. Wśród alternatywnych sposobów urabiania skał zwięzłych można wymienić zrywanie spycharkami z osprzętem zrywakowym, urabianie kombajnami frezującymi, młotem hydraulicznym czy zrywakiem wibracyjnym. Można jeszcze znaleźć inne sposoby urabiania np. głowicą frezującą czy materiałami pęczniejącymi, jednak ich wykorzystanie z uwagi na bardzo ograniczony zakres wydajności nie znalazło szerszego zastosowania w górnictwie odkrywkowym i nie mogą one stanowić alternatywy dla wyżej wymienionych sposobów mechanicznego urabiania. 3.1 Problematyka urabiania mechanicznego za pomocą spycharki z osprzętem zrywakowym Sposób ten stosuje się dla rozluzowania calizny skalnej za pomocą zrywaka, a następnie załadowania rozluzowanego urobku do miejsca załadunku koparkami jednonaczyniowymi lub ładowarkami na środki transportu [Korzeniowski 2010]. Dotychczasowy stan wiedzy na temat pracy spycharki z osprzętem zrywakowym [Franklin i inni 1971, Kirsten 1982, Bassir i inni 2008, Bassir i inni 2007, Mohd 2009, Bęben 2008, Kozioł i inni 2014, Kasztelewicz i inni 2015], pokazuje, że na podatność na zrywanie mają wpływ głównie właściwości fizyczne skał, tj.: gęstość, wytrzymałość na ściskanie, a przede wszystkim prędkość fali sejsmicznej [Bailey 1975]. Dodatkowo 15

16 powinno się uwzględnić rozciągłość i nachylenia warstw, szczelinowatość, twardość i osłabienia spowodowane warunkami atmosferycznymi. Ponieważ proces zrywania uzależniony jest nie tylko od wymienionych powyżej właściwości fizycznych skały, ale również od kierunku zrywania w stosunku do złoża czy umiejętności operatora, nie jest możliwe dokładne określenie wydajności efektywnej pracy spycharki z osprzętem zrywakowym [Hedjigeorgiu i Scoble 1988]. W praktyce producenci spycharek z osprzętem zrywakowym zamieszczają specjalne wykresy zależności wydajności teoretycznej od prędkości fali sejsmicznej, jako parametru najlepiej przybliżającego uzyskiwane wydajności [Komatsu, Caterpillar 2000, Caterpillar 2012]. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowy wykres zależności wydajności teoretycznej od prędkości fali sejsmicznej. Niestety określone w tak szerokich zakresach możliwe do osiągnięcia wydajności zrywania mogą mieć tylko charakter poglądowy i nie mogą stanowić podstawy do wyboru danego sposobu urabiania. Rys. 2. Wykres zależności wydajności zrywania dla spycharki CAT D10T od prędkości fali sejsmicznej [Caterpillar 2012] 16

17 Pomimo wielu zalet klasyfikacji urabialności skał za pomocą zrywania, opartych na pomiarze prędkości fali sejsmicznej, wykorzystanie tylko i wyłącznie tego parametru, może prowadzić do błędnej oceny urabialności badanego górotworu. Główną wadą pomiaru prędkości fali sejsmicznej jest to, że nie odzwierciedla ona pewnych właściwości badanego ośrodka, np. wilgotności [Machniak i Borcz 2012]. Prędkość przemieszczania się fali sejsmicznej w piaskowcu mocno zawilgoconym może być taka sama jak w granicie. Fala sejsmiczna w piaskowcu o dużej wilgotności przemieszcza się z większą prędkością niż w piaskowcu suchym. Różnice prędkości fali sejsmicznej dla tego samego materiału mogą wynosić ±1000 m/s, co stanowi istotny problem w interpretacji wyników pomiarów na potrzeby urabialności. Generalnie skały osadowe klasyfikuje się do urabiania mechanicznego zrywaniem, podczas gdy skały magmowe już nie [Stacey 1976, Machniak i inni 2013]. Przykładem stosowania tego sposobu urabiania w Polsce jest kopalnia margli i wapieni kredowych Folwark w Górażdże Cement S.A. Zastosowanie urabiania spycharkami z osprzętem zrywakowym zostało podyktowane ograniczeniami wykonywania robót wiertniczo-strzałowych w północno-zachodniej części wyrobiska z uwagi na znajdujący się w bliskiej odległości zabytkowy obiekt chroniony. Do zrywania mechanicznego margli, o wytrzymałości na ściskanie do 17 MPa, stosuje się tam jedną z największych na świecie spycharek z osprzętem zrywakowym, KOMATSU 475A oraz HSW TD 40-B. Spycharki te posiadają moc silnika dochodzącą do 900 KM (ok. 662 kw) i masę eksploatacyjną około 100 Mg. Średnia wydajność uzyskiwana przez zrywanie mechaniczne w tej kopalni dochodzi do 500 Mg/h [Dreszer 2013]. Na rysunku 3 przedstawiono pracę spycharki Komatsu 475A w kopalni Folwark. 17

18 Rys. 3. Zrywanie kopaliny spycharką Komatsu 475A ze zrywakiem [Kasztelewicz i inni 2012] 3.2 Problematyka urabiania mechanicznego za pomocą kombajnu frezującego Kombajny frezujące stosowane mogą być do złóż o regularnej budowie. Ich największą zaletą jest połączenie w jednej maszynie trzech podstawowych procesów: odspajania skały od calizny, ładowania i kruszenia. Urabianie skały następuje poprzez obrót bębna frezującego z zainstalowanymi na nim nożami styczno-obrotowymi, których rozmieszczenie dobiera się w zależności od wymaganego stopnia rozdrobnienia skały. Następnie odspojony urobek ładowany jest poprzez wysięgnik z przenośnikiem taśmowym na wozidła lub poprzez ładowarkę. Obecnie na rynku można wyróżnić dwa główne typy kombajnów frezujących, różniące się umiejscowieniem bębna frezującego: - kombajny z czołowym bębnem frezującym (np. firma Vermeer), - kombajny z centralnym bębnem frezującym (firma Wirtgen). Kombajny frezujące firmy Vermeer posiadają klasyczny układ dwóch gąsienic, dzięki czemu charakteryzują się większą mocą i zwrotnością, co jest ważne w przypadku 18

19 krótszych frontów roboczych. Wymagają jednak dodatkowej ładowarki do załadunku urobionego materiału na środki transportu. W przypadku kombajnów firmy Wirtgen wyeliminowano ten problem i urobek może być ładowany bezpośrednio na wozidło poprzez wysięgnik z przenośnikiem taśmowym. Wymagało to jednak zastosowania czterech gąsienic, przez co kombajn potrzebuje więcej miejsca na wykonywanie manewrów na końcówkach frontu roboczego. Możliwość stosowania kombajnów frezujących ogranicza przede wszystkim wytrzymałość na ściskanie urabianych skał. Wartością graniczną dla największych produkowanych obecnie maszyn jest wytrzymałość na ściskanie 120 MPa, przy czym ekonomicznie uzasadniona eksploatacja może być prowadzona do wartości 80 MPa [Wirtgen 2010]. Kombajny frezujące z powodzeniem stosowane są m.in. w kopalniach wapienia, węgla kamiennego i brunatnego w USA, Indiach i Australii [Kasztelewicz i inni 2014]. Obecnie coraz częściej wykorzystywane są także w europejskim górnictwie surowców skalnych. Na rysunku 4 przedstawiono pracę kombajnu frezującego (firmy Wirtgen) w kopalni węgla brunatnego South Field w Grecji, a na rysunku 5 pracę kombajnu frezującego (firmy Vermeer) w kopalni gipsu. 19

20 Rys. 4. Praca kombajnu frezującego Wirtgen 2200 przy urabianiu węgla brunatnego w kopalni South Field w Grecji [Kasztelewicz i inni 2014] Rys. 5. Praca kombajnu frezującego Vermeer T1255 DD w kopalni gipsu [ 20

21 W praktyce producenci kombajnów frezujących zamieszczają specjalne wykresy zależności wydajności teoretycznej od wytrzymałości na ściskanie, jako parametru najlepiej przybliżającego uzyskiwane wydajności [Pettifer i Fookes 1994]. Przykładowy wykres przedstawiono na rysunku 6. Rys. 6. Wykres zależności wydajności frezowania dla kombajnu Wirtgen 4200 SM od wytrzymałości na ściskanie [Wirtgen 2010] Podobnie jak w przypadku prognoz wydajności spycharek z osprzętem zrywakowym tak i w tym przypadku mają one tylko charakter poglądowy i nie mogą stanowić podstawy do wyboru danego sposobu urabiania. 21

22 W literaturze dostępna jest również klasyfikacja urabialności kombajnami frezującymi z uwzględnieniem większej liczby kryteriów niż tylko wytrzymałość na ściskanie [Dey i Ghose 2008]. Określa ona indeks urabialności CI na podstawie takich parametrów jak wytrzymałość skały na obciążenie punktowe (PLI), liczbę spękań, abrazyjność, kierunek urabiania w stosunku do kierunku głównych spękań oraz moc maszyny. W tym przypadku należy również zachować ostrożność w wyciąganiu dokładnych wniosków co do prognoz wydajności, z uwagi na brak uwzględnienia np. długości frontu roboczego, który dla tego typu maszyn ma istotne znaczenie. 3.3 Problematyka urabiania mechanicznego za pomocą młota hydraulicznego Młoty hydrauliczne stosowane są powszechnie w kopalniach odkrywkowych do dwóch podstawowych zadań: rozbijania nadgabarytów oraz do urabiania calizny. Mocowane są na wysięgnikach koparek jednonaczyniowych i mogą być stosowane w zasadzie do urabiania każdego rodzaju skał [Weaver 1975, Smith 1986]. Na rynku obecnych jest wielu producentów młotów hydraulicznych, są to m.in. takie firmy jak: Atlas Copco, Caterpillar, Komatsu, Rammer, JCB, Gorilla, Huskie. Produkowane młoty hydrauliczne różnią się klasami. Począwszy od młotów kompaktowych, których masa nie przekracza 250 kg, aż do młotów ciężkich i bardzo ciężkich o masie nawet 7000 kg, które przeznaczone są do współpracy z nośnikami (np. koparką jednonaczyniową) o masie od Mg. Właściwie bez względu na klasę i rozmiar, młoty hydrauliczne podczas pracy generują hałas na poziomie ok db. Głównymi parametrami charakteryzującymi pracę młotów jest częstotliwość udaru oraz ciśnienie operacyjne [Atlas Copco 2006, Kukiałka i inni 2007, Kukiałka i Chulist 2003]. Bardzo ważne jest, aby jego masa była dobrana odpowiednio do masy maszyny podstawowej, jaką jest koparka jednonaczyniowa [Scoble i Muftuoglu 1984]. Na wydajność urabiania młotem hydraulicznym mają wpływ takie czynniki jak: budowa geologiczna złoża (warunki zalegania, szczelinowatość, rodzaj skały), żądana wielkość uziarnienia urobku, wysokość skarp roboczych, organizacja robót w przodku, rodzaj i 22

23 parametry podwozia nośnego młota, wyszkolenie i sumienność operatora, sprawność i typ młota oraz urządzenia nośnego a także jakość i dostępność serwisu. Opracowano wiele nomogramów służących do odczytywania wydajności młotów hydraulicznych w zależności od warunków zalegania i rodzaju skały. Jednak mnogość czynników wpływających na wydajność, a w szczególności bardzo duży wpływ czynnika ludzkiego, tj. wprawy operatora powoduje, że dokładne wyznaczenie wydajności jest bardzo trudne i jedynie orientacyjne. Można założyć, że duże młoty w sprzyjających warunkach (urabianie skał metamorficznych, miękkich osadowych o wyraźnej szczelinowatości) mogą uzyskać wydajność ok 350 Mg/h [Kasztelewicz i inni 2013]. Na rysunku 7 przestawiono wykres zależności wydajności urabiania czterema młotami firmy Atlas Copco, a na rysunku 8 pracę młota hydraulicznego Rammer 4510 produkowanego przez firmę Sandvik podczas rozbijania nadgabarytów. 23

24 Rys. 7. Wykres zależności wydajności urabiania młotami firmy Atlas Copco od rodzaju skały oraz jej szczelinowatości [Atlas Copco] 24

25 Rys. 8. Rozbijanie nadgabarytów młotem hydraulicznym [Sandvik] 3.4 Problematyka urabiania mechanicznego za pomocą zrywaka wibracyjnego Zrywak wibracyjny, podobnie jak młot hydrauliczny, jest osprzętem mocowanym na wysięgniku koparki jednonaczyniowej i służy do odspajania skał z wykorzystaniem ich naturalnych spękań. Przykładem zrywaka wibracyjnego mogą być rozwiązania Xcentric Ripper, ACE Infrastructure czy producentów chińskich. Mechanizm zrywający polega na zasadzie mimośrodowego obrotu wału napędzanego przez silnik hydrauliczny. Według producentów tego urządzenia jego głównymi zaletami powinny być wyższa wydajność niż tradycyjnego młota hydraulicznego oraz niski poziom hałasu, jaki generuje ten zrywak. Wykorzystuje on naturalne spękania i zagłębia się w caliznę na zasadzie klina. Uderzenia wprowadzają urabiany ośrodek w wibracje, co dodatkowo ułatwia penetrację narzędzia w głąb calizny. Elementem łatwo zużywającym się jest tylko wymienny ząb, 25

26 którego koszt jest kilkukrotnie mniejszy od grota młota hydraulicznego. Dodatkowo urządzenie to jest całkowicie szczelne, co daje możliwość urabiania pod lustrem wody. Zrywak wibracyjny jest stosunkowo nowym urządzeniem dostępnym na rynku światowym od 2009 roku. Znalazł on swoje zastosowanie zarówno w budownictwie jak i górnictwie odkrywkowym, m.in. przy odkrywkowej eksploatacji łupków gazonośnych w Estonii czy kopalniach węgla kamiennego w Chinach [Pastarus i inni 2013, Kail i inni 2014]. W Polsce jest z powodzeniem wykorzystywany do urabiania słabych partii margla w kopalni Kowala [Sypniowski 2013]. Obecnie dostępnych jest wiele typów zrywaków hydraulicznych o masie od 900 kg do kg. Podczas doboru zrywaka do urabiania wymagana wydajność nie może być jedynym kryterium. Bardzo ważne jest, aby jego masa była dobrana odpowiednio do masy maszyny podstawowej, jaką jest koparka jednonaczyniowa. Rys. 9. Wykres zależności wydajności urabiania zrywakiem Xcetric Ripper od wytrzymałości na ściskanie [Xcentric Ripper] Na rysunku 9 przestawiono wykres zależności wydajności urabiania zrywakiem hydraulicznym Xcentric Ripper w zależności od wytrzymałości na ściskanie w porównaniu do młota hydraulicznego. Według tego producenta, możliwe jest 26

27 osiągnięcie nawet pięciokrotnego wzrostu wydajności przy zastosowaniu zrywaka zamiast młota. Na rysunku 10 pokazano pracę koparki podsiębiernej wyposażonej w zrywak Xcentric Ripper podczas urabiania złoża margla w kopalnia Kowala w Polsce. Rys. 10. Urabianie margla zrywakiem hydraulicznym Xcentric Ripper XR30 [Sypniowski 2013] Podobnie jak w przypadku prognoz wydajności maszyn, przedstawionych w rozdziale 3.1, 3.2 i 3.3, tak i w tym przypadku mają one tylko charakter poglądowy i nie mogą stanowić podstawy do wyboru danego sposobu urabiania. Należy również zaznaczyć, że na obecnym etapie badań brak jest jeszcze jednoznacznych opinii i analiz ekonomicznych w literaturze światowej związanych ze stosowaniem tego typu organu urabiającego. Dlatego też, wykonane w ramach tej pracy badania wydajności tego typu maszyn można uznać za pionierskie w krajowym górnictwie. 27

28 3.5 Podsumowanie Przedstawione mechaniczne sposoby urabiania skał zwięzłych umożliwiają zastąpienie techniki strzelniczej lub jej uzupełnienie, dzięki czemu możliwa staje się eksploatacja tych części zasobów, gdzie nie można stosować robót wiertniczostrzałowych. Część przedstawionych sposobów jest znana i stosowana w Polsce już od dawna (np. urabianie młotami hydraulicznymi czy zrywanie za pomocą spycharki ze zrywakiem). Niektóre z nich, pomimo ich powszechnego stosowania na świecie, dopiero zaczynają być stosowane w krajowych warunkach (np. kombajny frezujące). Natomiast stosowanie zrywaków hydraulicznych jest nowym podejściem do mechanicznego urabiania skał w górnictwie światowym. Każdy z przedstawionych sposobów ma swoje wady i zalety, które w danych warunkach geologiczno-górniczych mogą zadecydować o efektywności zastosowania każdego z nich. Dużym problemem w prognozowaniu wydajności tych sposobów jest bardzo złożony proces mechanicznego urabiania skał, który uzależniony jest od wielu parametrów opisujących nie tylko sam górotwór, ale także sposób pracy danego urządzenia. W praktyce stosuje się klasyfikacje urabialności oparte na wytrzymałości na ściskanie lub prędkości fali sejsmicznej, które jednak, jak to wykazano w tym rozdziale, nie mogą stanowić podstawy do doboru konkretnego sposobu mechanicznego urabiania. Należy je traktować jako wskazówki co do możliwości technicznego zastosowania danego sposobu urabiania (a właściwie danej maszyny urabiającej). Powinno się więc mieć na uwadze, że każda maszyna (nawet tego samego typu) jest inna i pracuje w niepowtarzalnych warunkach. Istotny wpływ na proces urabiania ma również czynnik ludzki. Stąd też należy uznać, że najskuteczniejszym sposobem określenia ich wydajności jest przeprowadzenie bezpośrednich prób eksploatacyjnych, a więc badań in situ. Dodatkowym elementem, w zasadzie nie uwzględnianym w dostępnych publikacjach, jest wpływ danego sposobu urabiania na pozostałe procesy technologiczne w kopalni, a więc załadunek, transport i przeróbkę kopaliny. 28

29 4. Identyfikacja obiektu badań 4.1 Cechy geologiczne złoża wapieni jurajskich Raciszyn Obiektem badań, na którym zostały dokonane próby eksploatacyjne mechanicznych sposobów urabiania skał było złoże wapieni jurajskich Raciszyn. Jest ono położone w południowej części województwa łódzkiego, w gminie Działoszyn i miejscowości Raciszyn. Złoże zlokalizowane jest na południe od wsi Raciszyn i na zachód od szosy asfaltowej Działoszyn-Częstochowa. Najmniejsza odległość granic złoża Raciszyn od zabudowań wsi Raciszyn i drogi asfaltowej Działoszyn-Częstochowa wynosi odpowiednio 40 m i 80 m. Natomiast najmniejsza odległość granic obszaru górniczego Raciszyn od zabudowań wsi Raciszyn i drogi asfaltowej Działoszyn- Częstochowa wynosi odpowiednio 40 m i 70 m. Najmniejsza odległość granic terenu górniczego Raciszyn od zabudowań wsi Raciszyn i drogi asfaltowej Działoszyn- Częstochowa wynosi odpowiednio 20 m i 10 m (rysunek 11). Najbliższa stacja kolejowa znajduje się w Działoszynie w odległości około 6 km od złoża, na kolejowej magistrali łączącej Górny Śląsk z portami Gdańska i Gdyni. Większą część obszaru złoża, zwłaszcza od strony północnej, pokrywają nieużytki rolne. Pozostałą część pokrywają piaszczyste grunty orne niskich klas. Powierzchnia złoża od strony północnej i wschodniej jest bardzo urozmaicona. Od strony południowej i zachodniej na ogół równa. Największa wysokość terenu znajduje się w jego centralnej części i dochodzi do 216,7 m npm. W stronę południową teren obniża się do około 209 m npm, a po północnej stronie złoża u podnóża krawędzi morfologicznej rzeki Warty teren obniża się do około 191 m npm. Obszar udokumentowanego złoża odwadniany jest przez rzekę Wartę przepływającą w odległości około 1 km od strony północnej. Rzeka meandrując w szerokiej dolinie, w pobliżu złoża, posiada zwierciadło wody na wysokości ok. 177 m npm. Zwierciadło wody w wykonanych wyrobiskach w większości przypadków stabilizowało się na wysokości 176,4-179,1 m npm. Złoże wapieni jurajskich Raciszyn 29

30 udokumentowane jest do poziomu 180 m npm, a zatem powyżej poziomu rzeki Warty i powyżej poziomu wód podziemnych. Udokumentowane złoże stanowi wycinek dużej jednostki geologicznej wapieni oksfordu. Obszar występowania tych skał ciągnie się wąskim pasmem poprzez wzgórza położone na lewym brzegu Warty, na odcinku od wsi Zaskale na wschodzie poprzez Raciszyn do Lisowic na zachodzie. Rys. 11. Lokalizacja złoża wapieni jurajskich Raciszyn oraz obszaru i terenu górniczego [opracowanie własne] W złożu można zaobserwować dwie główne odmiany wapienia: wapienie kredowate - białe, mażące, pelityczne lub częściowo przekrystalizowane, mało zwięzłe, silnie spękane o głuchym dźwięku przy uderzeniu młotkiem, wapienie typu trawertyn - twarde, zwięzłe, często z kawernami, na ogół jasnoszare, żółte do czerwonych od związków żelaza, dźwięczące przy uderzeniu młotkiem (tzw. polski trawertyn ). Wapienie stwierdzone w szybikach i otworach wykonanych na złożu wapieni jurajskich Raciszyn są niewyraźnie uławicone i grubo ławicowe, wykazując przy tym poziome lub prawie poziome zaleganie. Niewielkie upady posiadają kierunek zgodny z 30

31 generalnym kierunkiem upadu warstw monokliny jurajskiej. Grubość ławic dochodzi do 5 m. Warstwy skalne są na ogół mocno spękane w bardzo nieregularny sposób. Najczęściej spękania powtarzają się w granicach 0,3 do 1,1 m. W odsłonięciach i w wykonanych szybikach obserwuje się wyraźne trzy kierunki spękań:; poziome, równoległe do uławicenia i pionowe. Kopaliną dokumentowanego złoża wapieni jurajskich Raciszyn są wapienie mikrytowe o gruzełkowatej teksturze, kawerniste, szczelinowate, porowate lub wapienie o budowie ziarnistej, w których spoiwo uległo częściowemu wyługowaniu, silnie porowate, kawerniste. Zawierają one gruzełki skalcytyzowanego detrytusu organicznego. Obserwacje zarówno odsłonięć jak i wykonanych wyrobisk w obszarze udokumentowanym prowadzą do wniosku, że wapienie typu trawertyn nie występują regularnie i nie są związane z głębokością ich zalegania. Stwierdzono, że wapienie typu trawertyn występują nieregularnie na różnych głębokościach, zarówno w partiach stropowych złoża, jak też w spągowych, a w niektórych wyrobiskach wapienie są poprzedzielane wapieniami kredowatymi. Utwory krasowe rozwinięte są zarówno w płaszczyznach ciosowych jak i zgodnie z uławiceniem, tzn. poziomo. Często spotykaną formą wykształcenia krasu są leje i szczeliny. Utwory krasowe w dokumentowanym złożu wapieni jurajskich Raciszyn wynoszą około 7 % ogólnej kubatury serii złożowej. Za serię złożową przyjęto przestrzeń liczoną od spągu nadkładu do poziomu udokumentowania i w pionowych granicach konturujących obliczenie zasobów złoża. Strop serii złożowej osiąga najwyższą wysokość 215,4 m npm w części centralnej złoża. Obniża się on w kierunku wschodnim do wysokości 202,7 m npm i zachodnim do wysokości 196,7 m npm. Miąższość serii złożowej do poziomu dokumentowania waha się od 12,1 m do 35,4 m. Największa miąższość wapieni występuje w centralnej części złoża, najmniejsza zaś w północnej części obszaru. Za nadkład serii złożowej przyjęto utwory czwartorzędowe oraz rozwinięty przypowierzchniowy kras. Utwory czwartorzędowe w rejonie dokumentowania, to gleba, glina brunatna i piaski ze żwirkiem pochodzenia lodowcowego. Makroskopowo utwory te podobne są do utworów wypełniających przestrzenie krasowe. W przypadku występowania krasu przypowierzchniowego trudno 31

32 jest go odróżnić od nadkładu czwartorzędowego, w związku z czym cały nadkład nad serią złożową w profilach wyrobisk zaliczono do czwartorzędu. Nadkład najcieńszą warstwą zalega w centralnej części złoża. W kierunku północnym nieznacznie rośnie, natomiast na południe obserwować można w sąsiedztwie wschodniej granicy wzrost jego grubości do 10,5 m. W miejscach, gdzie nadkład osiąga duże wartości, występuje prawdopodobnie kras przypowierzchniowy. Bloczność złoża została obliczona w oparciu o pomiary spękań wykonane w istniejących wyrobiskach oraz na rdzeniach z otworów wiertniczych. Przy wykonywaniu pomiarów oceniono wielkość, regularność i równoległość poszczególnych spękań. Analizując wykonane pomiary wydzielono trzy zasadnicze systemy spękań: system A kierunek spękań w przedziale 0-90, , system B kierunek spękań w przedziale , 270, 360, system spękań poziomych (warstwowanie). Powierzchnia terenu znajdującego się w granicach planowanej eksploatacji nie stanowi prawnych form ochrony przyrody bądź krajobrazu. Morfologia oraz zagospodarowanie powierzchni gruntów nie sprzyja również bytowaniu zwierząt w miejscach przewidywanej eksploatacji. Dotychczas wydane decyzje administracyjne nie nakładają obowiązku stosowania szczególnych zasad ochrony środowiska uniemożliwiających wybranie zasobów. Drogi lokalne przebiegające po południowozachodniej i południowo-wschodniej granicy obszaru górniczego stanowią drogi polne, nieutwardzone służące okolicznym rolnikom jako dojazd do uprawianych pól. Drogi te, jak również linie energetyczne, ze względu na planowane nie prowadzenie przy urabianiu złoża robót wiertniczo-strzałowych, nie wymagają ochrony. Nie istnieją uwarunkowania geograficzne mające wpływ na ograniczenie planowanej eksploatacji. Nie ma również żadnych obiektywnych przeszkód uniemożliwiających lokalizację w granicach obszaru górniczego Raciszyn, jeżeli będzie to konieczne, obiektów budowlanych zakładu górniczego. 32

33 Tab. 1. Parametry fizyko-mechaniczne złoża wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] Właściwość Wartości zmierzone Wartości średnie Gęstość [g/cm3] 2,63-2,84 2,70 Gęstość pozorna [g/cm3] 1,85-2,62 2,22 Porowatość [%] 5,45 30,95 17,45 Nasiąkliwość wagowa [%] 0,54-14,25 6,07 Wytrzymałość na ścieranie [kg/cm2] - na sucho - na mokro - po zamrożeniu Wytrzymałość na ściskanie [MPa] Ścieralność na tarczy Boehmego [cm] 0,32 2,64 1,15 Ścieralność w bębnie Dedala [%] 4,39 40,00 12,56 Mrozoodporność w cyklach Współczynnik emulgacji 0,30-0,40 0,34 Przyczepność do bitumu Bardzo dobra Określenie rodzaju i jakości kopaliny oraz możliwości jej użytkowania w przemyśle materiałów budowlanych przeprowadzono w oparciu o wyniki badań na skalę laboratoryjną i przemysłową. Próbki ze złoża pobrano ze wszystkich otworów i szybików. Ponadto pobrano próby z odsłonięć. Charakterystyka własności fizyko-mechanicznych wapieni w dokumentacji geologicznej oparta została na wynikach badań 161 próbek, pobranych z otworów w liczbie 126 sztuk, szybików w liczbie 28 sztuk oraz odsłonięcia. Wartości parametrów fizyko-mechanicznych przedstawione są w tabeli 1. Wapienie ze złoża Raciszyn mogą znaleźć więc zastosowanie do produkcji: nawozów wapiennych, jako mączka w instalacjach odsiarczających, jak surowiec do produkcji kredy, wapna palonego, kruszywa do betonów oraz drogowego, do budowy murów, 33

34 do budowy dróg i obiektów inżynierskich, do produkcji płytowych wykładzin pionowych. Ponadto na podstawie wyników wykonanych analiz określono skład chemiczny wapieni zgodnie z tabelą 2. Po wykonanych analizach chemicznych można stwierdzić, że wapienie mogą być jeszcze dodatkowo stosowane do produkcji: wapna na cegłę wapienno-piaskową, wapna niegaszonego dla celów budowlanych, wapna rolniczego palonego, wapniaka rolniczego. Tab. 2. Parametry chemiczne złoża wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] Skład Udział % Średni udział % Strata prażenia 34,60-44,70 42,74 SiO2 0,17-16,96 1,41 R2O3 0,05-5,25 0,56 Fe2O3 0,02-3,92 0,39 Al2O3 0,04-3,75 0,35 CaO 43,50-55,80 52,29 MgO 0,14-1,24 0,71 S całk. 0,00-0,20 0,13 SO3 0,00-0,15 Na2O Ślady-0,92 0,16 K2O 0,02-1,50 0,52 P2O5 0,0022-1,10 0,17 CaCO3 77,43-99,50 MgCO3 0,36-2,59 34

35 4.2 Wielkość oraz klasyfikacja zasobów złoża Do obliczenia ilości zasobów złoża zastosowano metodę przekrojów geologicznych. Na mapie obliczenia zasobów wydzielono bloki obliczeniowe, granice zasobów w kat. C1 i C2 oraz wyznaczono filar ochronny dla zabudowań wsi Raciszyn. Nie wyznaczono filara ochronnego dla linii wysokiego napięcia biegnącej przez złoże, ponieważ uzgodniono możliwość przesunięcia tej linii poza obszar złoża. Zasoby bilansowe w filarze ochronnym wynoszą: w kat. C Mg, w kat. C Mg, co łącznie daje Mg. Natomiast zasoby bilansowe wynoszą: w kat. C Mg, w kat. C Mg, co łączni daje Mg. Zatem łącznie daje to ,3 tys. Mg. Zestawienie zbiorcze parametrów geologiczno-górniczych przedstawiono w tabeli 3. Tab. 3. Zestawienie wartości parametrów geologiczno-górniczych złoża wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] Wartość parametru Rodzaj parametru minimalna maksymalna średnia Powierzchnia złoża [m 2 ] Miąższość złoża (Z) [m ] 25,75 Grubość nadkładu (N) [m] 4,07 Zasoby geologiczne w kat. C1 [tys. Mg] Zasoby geologiczne w kat. C2 [tys. Mg] Współczynnik N i Z 0,01 0,2 0,16 35

36 4.3. Uwarunkowania miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego Dla obszaru złoża wapieni jurajskich Raciszyn obowiązuje Miejscowy Plan Zagospodarowania Przestrzennego dla obszaru złoża wapieni Raciszyn wraz z terenem oddziaływania eksploatacji górniczej i terenami sąsiednimi we wsi Raciszyn zatwierdzony Uchwałą Rady Miejskiej w Działoszynie Nr XXIX/187/09 z dnia 27 lutego 2009 i opublikowanym w Dzienniku Urzędowym Województwa Łódzkiego Nr 86 poz. 828 z dnia 8 kwietnia 2009 roku (rysunek 12). Zgodnie z tym dokumentem, w granicach udokumentowanego złoża wapieni jurajskich Raciszyn występują tereny oznaczone w planie symbolem 1PG tereny udokumentowanego złoża wapieni Raciszyn przewidziane do eksploatacji górniczej oraz przewidziane do udokumentowania ewentualnych zasobów poniżej dolnego poziomu zasobów obecnie udokumentowanych, stanowiące projektowany docelowo obszar górniczy. W granicach oznaczonych w planie jako projektowane granice terenu górniczego występują oznaczenia: - 9R/ZL tereny przeznaczone do zalesienia, - 8R tereny rolnicze, - 2P tereny zabudowy przemysłowej zaplecza zakładu górniczego, - 7U tereny zabudowy usługowej kultu religijnego, - 6KDW i 7KDW tereny komunikacji dróg dojazdowych wewnętrznych do pól, własności gminy. Jednocześnie zapisy miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego wprowadziły graficzny filar ochronny, który wyłączył część złoża wapieni jurajskich Raciszyn z możliwości prowadzenia robót wiertniczo-strzałowych. Powyższy fragment złoża znajduje się w jego północnej części i został oznaczony kreskowaniem skośnym na rysunku

37 Rys. 12. Graficzny wyrys z miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego dla złoża Raciszyn [Uchwała Rady Miejskiej w Działoszynie Nr XXIX/187/09 z dnia 27 lutego 2009] 37

38 4.4. Główne zapisy projektu zagospodarowania złoża Zgodnie z Projektem Zagospodarowania Złoża, zatwierdzonym w kwietniu 2015 r., początek eksploatacji złoża nastąpił w jego północnej części (rysunek 4.6), zatem w terenie objętym zakazem stosowania robót wiertniczo-strzałowych. Wszelkie planowane prace wydobywcze znajdowały się zatem w części złoża określonego przez filar ochronny, gdzie dopuszczalne były jedynie mechaniczne sposoby pozyskania kopaliny. Prace na złożu wapieni jurajskich Raciszyn w pierwszym etapie eksploatacji polegały na zdjęciu nadkładu, rumoszu wapiennego oraz spękanej i luźnej kopaliny wapienia. Złoże będzie docelowo rozcięte dwoma poziomami eksploatacyjnymi, zlokalizowanymi na rzędnych wysokościowych 200 oraz 180 m npm z półką bezpieczeństwa pomiędzy piętrami równą 3,0 m, co zagwarantuje stateczność zbocza zgodnie z wytycznymi geotechnicznymi. Do urabiania i załadunku mas nadkładowych i mas stanowiących straty eksploatacyjne (złożowe) zastosowane zostaną koparki z osprzętem podsiębiernym i nadsiębiernym, kombajny frezujące oraz ładowarki kołowe. Do przesuwania tych mas w rejon ich załadunku lub docelowej lokalizacji używane będą spycharki lub ładowarki. Transport nadkładu i utworów pochodzących z lejów krasowych realizowany będzie przy użyciu wozideł oponowych lub samochodów samowyładowczych. Nadkład wybierany będzie z poziomu stanowiącego strop złoża, strop nadkładu lub poziomu pośredniego. Miąższość nadkładu nad złożem wynosić będzie od 0,3 m do 6,0 m natomiast we wkopie zlokalizowanym poza granicami złoża wahać się będzie w przedziale od 0,0 m do 25 m (rysunek 13). 38

39 Rys. 13. Mapa sytuacyjno-wysokościowa dla złoża wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] 39

40 Planowana eksploatacja zakłada dwa podstawowe systemy urabiania złoża tzn.: system ścianowy, system zabierkowy; z następującymi kierunkami przesuwania się frontu roboczego: równoległym, wachlarzowym, równoległo-wachlarzowym. W przypadku pojawienia się kopaliny o zwięzłej strukturze, blocznej, lecz spękanej i urabialnej przewiduje się stosowanie następujących sposobów eksploatacji: z wykorzystaniem młotów hydraulicznych zainstalowanych na koparkach, w wykorzystaniem zrywaków hydraulicznych na koparkach, poprzez kombajny powierzchniowe. Natomiast w przypadku eksploatacji części złoża na bloki przewiduje się stosowanie poniższych systemów: urabianie maszynowe przy zastosowaniu pił linowych, wrębiarek oraz maszyn do rozłupywania, znanymi w górnictwie odkrywkowym technologiami, urabianie metodą wiercenia wiertarkami udarowo-powietrznymi i klinowania. Docelowo po zakończeniu eksploatacji wyrobisko charakteryzowało się będzie następującymi parametrami: liczba poziomów eksploatacyjnych: 2 poziomy na rzędnych 180 i 200 m npm, maksymalna wysokość pierwszego poziomu eksploatacyjnego: 15,1 m, maksymalna wysokość drugiego poziomu eksploatacyjnego: 21,0 m, kąt nachylenia docelowych skarp eksploatacyjnych: 60 0, szerokość półki bezpieczeństwa pomiędzy docelowymi piętrami eksploatacyjnym: 3,0 m, generalny kąt nachylenia wyrobiska docelowego: W trakcie trwania eksploatacji wyrobisko charakteryzowało się będzie następującymi parametrami: liczba poziomów eksploatacyjnych w trakcie trwania eksploatacji: 7, rzędne wysokościowe lokalizacji poziomów oraz ich zakres wysokości będą zgodne z tabelą 4, 40

41 kąt nachylenia czynnych skarp eksploatacyjnych: , kąt nachylenia docelowych skarp eksploatacyjnych: 60 0, minimalna szerokość wyprzedzenia międzypoziomowego: trzykrotna wysokość urabianego na bloki piętra. Tab. 4. Zakładane rzędne wysokościowe poziomów eksploatacyjnych [opracowanie własne] Lp. Rzędna wysokościowa poziomu [m npm] Nr poziomu Dopuszczalna deniwelacja rzędnej wysokościowej [m] Zakres wysokości piętra [m] II d +1,0 m II c ± 1,0 m II b ± 1,0 m II a ± 1,0 m I c ± 1,0 m I b ± 1,0 m I a ± 1,0 m 0-5,1 Na rysunku 14 przedstawiono wyrobisko docelowe na złożu wapieni jurajskich Raciszyn. 41

42 42

43 Rys. 14. Wyrobisko docelowe na złożu wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] 43

44 5. Badania terenowe Obecnie eksploatacja złoża wapieni jurajskich Raciszyn znajduje się w początkowej fazie rozwoju. Dotychczas, pozyskiwany surowiec cechował mały i średni stopień zwięzłości oraz wytrzymałość na ściskanie na poziomie MPa. W załączniku 1 do niniejszej pracy znajdują się wyniki uzyskanej średniej wytrzymałości na ściskanie, próbki urobku będącego reprezentatywnym dla badanej części złoża, na której przeprowadzono próby eksploatacyjne różnych sposobów mechanicznego urabiania. Oznaczenia próby dokonano w akredytowanym Laboratorium Surowców i Wyrobów Budowlanych Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego w Warszawie. Średnia wytrzymałość na ściskanie urabianej części złoża wyniosła 57 MPa. Uzyskany materiał charakteryzował się stabilnymi i powtarzalnymi właściwościami fizycznymi, co pozwoliło uznać planowane badania za w pełni porównywalne i reprezentatywne. Ważnym czynnikiem wyboru sposobów urabiania było założenie etapowego udostępniania złoża w czasie, co niekorzystnie wpłynęło na wydajność, np. kombajnów, wymagających znacznych, otwartych powierzchni roboczych. Urządzenia biorące udział w testach zostały wydzierżawione na czas przeprowadzenia badania terenowego, a ich podstawowe parametry oraz uzyskane wyniki zostały opisane w dalszej części pracy. Istotnym założeniem rynkowym przedsiębiorcy górniczego było zabezpieczenie wydobycia rocznego w łącznej ilości 700 tys. Mg wyrobu gotowego, co odpowiada wydajności wszystkich procesów produkcyjnych na poziomie 190 Mg/h. Zatem wybór najbardziej efektywnego energetycznie sposobu urabiania mechanicznego powinien dodatkowo uwzględniać aspekty wydajnościowe zarówno urządzenia urabiającego, jak i pozostałych urządzeń w układzie technologicznym. Widok obszaru wykonywania testów eksploatacyjnych różnych technologii mechanicznego urabiania skał przedstawiają rysunki 15 oraz

45 Rys. 15. Obszar badań terenowych i wykonywania testów eksploatacyjnych wraz z widokiem na pobliskie zabudowania [fot. T. Będkowski] Rys. 16. Obszar badań terenowych i wykonywania testów eksploatacyjnych [fot. T. Będkowski] W celu uzyskania najbardziej obiektywnej oceny wyników pomiarowych, testy eksploatacyjne dokonano w zbliżonych warunkach geologicznych złoża wapieni 45

46 jurajskich Raciszyn przy rzędnej terenu w zakresie m npm., w jednorodnym geologicznie obszarze o powierzchni ok. 3 ha. W przypadku badania pracy młota hydraulicznego oraz zrywaka mimośrodkowego test został wykonany w tym samym czasie, gdy oba zestawy maszyn pracowały w bezpośrednim sąsiedztwie. Na rysunku 17 zaznaczono obszar testów eksploatacyjnych maszyn urabiających, jakie zostały wykorzystane w trakcie badań terenowych. Rys. 17. Obszar pracy maszyn biorących udział w badaniach terenowych [opracowanie własne] 46

47 W dalszej części pracy zostaną przedstawione wyniki badań terenowych następujących sposobów mechanicznego urabiania skał tj.: - urabianie młotem hydraulicznym, - urabianie zrywakiem mimośrodkowym, - urabianie kombajnem powierzchniowym typu Wirtgen, - urabianie kombajnem powierzchniowym typu Vermeer, - urabianie spycharką z osprzętem zrywakowym. 5.1 Badanie młotem hydraulicznym Młot hydrauliczny zamontowany na wysięgniku koparki jednonaczyniowej od wielu lat jest stosowany w różnych dziedzinach inżynierskich, począwszy od budownictwa ogólnego do takich prac jak, zdejmowanie nawierzchni asfaltowej i betonowej, budowa parków i obiektów ogrodniczych, czy wykonywanie wykopów i rowów. Stosowany jest też przy pracach wyburzeniowych konstrukcji murowych, betonowych, ceglanych, elementów z betonów silnie zbrojonych, takich jak mosty czy tamy, aż po zastosowanie w górnictwie [Kasztelewicz i inni 2013]. Na początku wykorzystywany był jako maszyna pomocnicza służąca do rozbijania brył nadgabarytowych w celu wyeliminowania problematycznego strzelania rozczepkowego, do przygotowania i wyrównywania stropu, czy likwidowania progów przyspągowych. W szczególnych przypadkach młot hydrauliczny może być też maszyną podstawową, służącą bezpośrednio do eksploatacji złoża. Najczęściej stosowany jest w sytuacji, kiedy właśnie wykonywanie prac z wykorzystaniem robót wiertniczo-strzałowych nie jest możliwe bądź jest ono ograniczone. Do najważniejszych parametrów technicznych młotów hydraulicznych należy zaliczyć: ciężar młota, energię udaru, liczbę uderzeń, przepływ oleju, ciśnienie pracy oraz wymiary poszczególnych części i elementów młota. Bardzo istotnym parametrem jest także ciężar nośnika młota hydraulicznego, jakimi jest koparka jednonaczyniowa. Właściwy dobór koparki, a w szczególności jej podwozia, ma na celu zapewnić stabilność 47

48 w czasie pracy, odpowiednią moc napędu hydraulicznego oraz pełną operatywność, zgodnie z założeniami konstrukcyjnymi [Kukiałka i inni 2005]. Urabianie z wykorzystaniem młota hydraulicznego może odbywać się na trzy sposoby: - urabianie ze spągu (nadpoziomowo), - urabianie ze stropu (podpoziomowo), - urabianie pośrednie. Podstawowym i najbardziej wydajnym sposobem urabiania przy użyciu młota hydraulicznego jest eksploatacja nadpoziomowa (ze spągu). Urabianie podpoziomowe (ze stropu) oraz urabianie pośrednie mają również swoje zalety i są stosowane w szczególnych przypadkach [Kasztelewicz i inni 2012]. Na rysunku 18. przedstawiono możliwe sposoby eksploatacji z wykorzystaniem młota hydraulicznego. Rys. 18. Sposoby urabiania z wykorzystaniem młota hydraulicznego: a) urabianie ze stropu, b) urabianie ze spągu, c) urabianie pośrednie [Będkowski i inni 2015] Ze względu na żywotność gąsienicowego układu jezdnego koparki należy unikać przemieszczania się maszyny po rozdrobnionej pryzmie urobku, dlatego też podczas urabiania ze spągu oraz urabiania pośredniego urobiony materiał powinien być systematycznie ładowany i wywożony przez układ ładowarka - wozidło technologiczne [Kasztelewicz i inni 2015]. Przy doborze młotów hydraulicznych, ze względu na złożoność tego zagadnienia, należy brać pod uwagę następujące elementy: urabiany ośrodek skalny narzędzie urabiające żądaną wydajność. Na dobór młota bardzo duży wpływ mają: 1) warunki złożowe, tj.: 48

49 a) rodzaj skały, b) zwięzłość skały, c) uławicenie, d) siatka spękań, e) łupliwość, f) skład mineralogiczny, g) podatność na urabianie; 2) parametry młota hydraulicznego, tj.: a) ciężar młota, b) energia udaru, c) częstotliwość uderzeń, d) kształt i wymiar grota. Podstawową regułą, którą należy stosować przy doborze młotów hydraulicznych, jest zasada: - skała miękka krótki skok grota wysoka częstotliwość uderzeń niski poziom energii udaru, - skała twarda długi skok grota niska częstotliwość uderzeń wysoki poziom energii udaru. Podstawową zaletą zastosowania młotów hydraulicznych do urabiania złóż jest możliwość prowadzenia dokładnej eksploatacji selektywnej. Wydobycie i wyodrębnienie cienkiej warstwy złoża przy zastosowaniu robót z wykorzystaniem materiałów wybuchowych jest często niemożliwe z uwagi na projektowany zabiór i siatkę otworów strzałowych. Na rysunku 19 przedstawiono przykład zalegania warstw możliwych do odseparowania z wykorzystaniem młota hydraulicznego. 49

50 Rys. 19. Praca młota hydraulicznego pod kątem selektywnego urabiania złoża [Hydraulic breakers in mining applications Młoty hydrauliczne wykorzystywane do urabiania różnią się klasami, które zależą od masy własnej urządzenia, począwszy od kompaktowych, których masa nie przekracza 250 kg, aż do młotów ciężkich i bardzo ciężkich o masie własnej dochodzącej do 7000 kg. Te największe przeznaczone są do współpracy z koparkami o masach własnych od 60 do 100 Mg [Kasztelewicz 2012]. Zasada działania młota polega na wykorzystaniu energii ciśnienia oleju hydraulicznego. Olej wprowadzany do młota pod ciśnieniem wprawia w ruch tłok zwany bijakiem, który następnie uderza w grot młota. Komory wypełnione są gazem, który powoduje powrót bijaka do pozycji początkowej, po czym następuje kolejny etap uderzenia [Kasztelewicz 2012]. Kolejne cykle pracy młota nazywane są suwami. Pod wpływem siły okresowo zmiennej P pochodzącej od uderzenia hydraulicznego, ostrze narzędzia wnika w skałę na głębokość H. Proces ten zanika, gdy siły oporu staną się równe działającej sile P. Na rysunku 20 przedstawiono rozkład sił procesu wnikania grota w caliznę skalną. 50

51 Rys. 20. Rozkład sił na grocie młota hydraulicznego [Bęben 2012]. Siłę P można określić z następującego wzoru: cos β P = 2U + 2T 2 [N] (1) gdzie: U rzut siły N (prostopadły do powierzchni grotu na oś pionową), [N] T siła tarcia grotu o caliznę skalną, [N] β - kąt zaostrzenia grota, [ ] Uwzględniając w zależności, że U = N sin β 2 oraz, że T = μ N wielkość siły P wyniesie: P = 2N (sin β 2 + μ cos β 2 ) η[n] (2) gdzie: η = (1,2-1,3) współczynnik uwzględniający stępienie grota. Proces ten można scharakteryzować relacją zużytej energii do objętości urobionej skały. W dużym uproszczeniu w celu określenia wymaganej wartości siły P i głębokości H, znając energię udaru Wu przyjmuje się, że w czasie uderzenia siła P rośnie równomiernie od 0 do swego maksimum, w miarę zagłębiania się grota. Efektywność urabiania młotem hydraulicznym określają przede wszystkim: 51

52 energia pojedynczego uderzenia Wu, wielkość przyłożonej siły docisku Pd, liczba uderzeń. W u = P h 2 Wzrost siły docisku Pd powoduje początkowo prawie liniowy wzrost efektywności urabiania, aż do chwili, gdy wielkość oporów na grocie zaczyna wyhamowywać ruch tłoka - do osiągnięcia maksymalnej efektywności urabiania. Dalszy wzrost siły docisku Pd skutkuje zmniejszeniem efektywności urabiania, zaś zbyt duża jej wartość powoduje niestabilną pracę koparki. Stosowanie młota hydraulicznego mocowanego na koparce hydraulicznej jako podstawowego sposobu urabiania cechuje niska efektywność, duża energochłonność oraz generowane wysokie ciśnienie akustyczne dochodzące nawet do 150 db, dlatego w praktyce eksploatacyjnej jest rzadko wykorzystywane. Na terenie złoża wapieni jurajskich Raciszyn przeprowadzono testy eksploatacyjne pracy zestawu: koparka + młot hydrauliczny. Celem tych testów było porównanie energetyczne procesu urabiania skał węglanowych w tych samych warunkach geologicznych i przy różnych dostępnych technologiach. Do całkowitego pomiaru energochłonności procesu uzyskania produktu gotowego, tj. kruszywa wapiennego, wykorzystano następujące urządzenia: - koparkę Hitachi ZX470 + z młotem hydraulicznym HB4700 Atlas Copco, - ładowarkę Komatsu WA470 z wagą Tamtron, - wozidło technologiczne VOLVO A30E, - koparkę Komatsu PC 450, - kruszarkę udarową Kleemann EVO. (3) 52

53 Schemat wykorzystanego układu technologicznego przedstawiono na rysunku 21. Rys. 21. Schemat układu technologicznego przy urabianiu młotem hydraulicznym [opracowanie własne] Parametry techniczne urządzeń urabiających wykorzystanych w testach eksploatacyjnych podano w tabeli 5. Tab. 5. Parametry techniczne testowanego zestawu maszyn i urządzeń [materiały Atlas Copco, Hitachi] Parametr Jedn. Młot hydrauliczny Producent - Atlas Copco Model - HB 4700 Rok produkcji Masa robocza [Mg] 4,7 Częstotliwość uderzeń [min -1 ] 520 Ciśnienie pracy układu hydraulicznego [MPa] Ciśnienie upustowe [MPa] b.d. Przepływ oleju [l/min] Minimalna masa koparki [Mg] 45 Parametr Jedn. Koparka Hitachi Rok produkcji Model - ZX 470LCH Ciężar roboczy [Mg] 48,1 Moc znamionowa silnika [kw] 260 Zużycie paliwa wg. Producenta [l/mth] Pracę koparki Hitachi ZX 470 LCH z młotem hydraulicznym Atlas Copco HB4700 pokazano na rysunku

54 Rys. 22. Koparka Hitachi ZX 470 LCH z młotem hydraulicznym Atlas Copco HB4700 [fot. T. Będkowski] Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem młota hydraulicznego Pomiary parametrów procesu urabiania dokonane zostały poprzez precyzyjne uzupełnianie paliwa w koparce oraz bieżące pomiary masy urobku kruszywa na wadze firmy Tamtron, zainstalowanej na ładowarce Komatsu WA 470. Dodatkowo przeprowadzono analizę krzywej składu ziarnowego urobku. Uzyskany urobek charakteryzował się zmiennym stopniem rozdrobnienia, jako struktura frakcji zarówno drobnych, jak i grubszych, lecz nie większych niż średnica cm (rysunek 23 i 24). 54

55 Rys. 23. Urobek uzyskany przy pracy młota hydraulicznego [fot. T. Będkowski] Rys. 24. Urobek uzyskany przy pracy młota hydraulicznego [fot. T. Będkowski] Na podstawie otrzymanej nadawy dokonano oceny krzywej składu ziarnowego. Wyniki przedstawiono na rysunku

56 Rys. 25. Krzywa składu ziarnowego urobku uzyskanego przy użyciu młota hydraulicznego [opracowanie własne] Surowiec uzyskany przy sposobie urabiania z wykorzystaniem młota hydraulicznego cechowała znaczna przewaga brył pomiędzy 20 a 50 cm. Zgodnie z powyższym wykresem 80% uzyskanego urobku to surowiec o średnicy nie przekraczającej 45 cm. W technologii tej ilość frakcji drobnych do 10 cm i pylistych stanowi niewielki udział, nie przekraczający 15%. Próby przeprowadzone przy badaniu skuteczności urabiania mechanicznego zakończyły się sporządzeniem raportu, w którym odnotowano podstawowe parametry pracy i wyniki pomiarów. W tabeli 6 przedstawiono szczegółowo zebrane informacje. 56

57 Tab. 6. Wyniki testu urabiania zestawem koparka + młot hydrauliczny [opracowanie własne] Hitachi ZX470+młot HB4700 Atlas Copco Data czas pracy [h] ilość urobku [Mg] ilość paliwa [l] wydajność [Mg/h] b.d b.d b.d SUMA Zużycie ON [l/h] 38,2 Wydajność [Mg/h] 64,8 Jak pokazano w tabeli 6 osiągana wydajność charakteryzowała się dużą zmiennością, osiągając średni poziom 64,8 Mg/h. W celu dokładniejszego określenia poziomu wydajności oraz wyznaczenia jej poziomu maksymalnego wykonano test chwilowy w najbardziej optymalnych warunkach pracy. Test ten miał na celu określenie górnej granicy wydajności badanej technologii w idealnych warunkach pracy, bez przerw technologicznych, remontowych badanego urządzenia. Wyniki tego testu zamieszczono w tabeli 7. Tab. 7. Wyniki testu chwilowego [opracowanie własne] Data Czas pracy [h] Hitachi ZX470+młot HB4700 ilość urobku [Mg] ilość paliwa ,0 130,0 Zużycie ON [l/h] 43,3 Wydajność godzinowa [Mg/h] 104,0 [l] 57

58 Zgodnie z otrzymanymi wynikami można zaobserwować wzrost wydajności chwilowej do poziomu 104 Mg/h, wobec 64,8 Mg/h przy normalnej pracy urządzenia. Do dalszych badań przyjęto wyniki z tabeli 6. Parametry uzyskane w teście kilkudniowym najbardziej odpowiadają rzeczywistym warunkom eksploatacji zestawu maszyn, które uwzględniają m.in. przestoje serwisowe, awaryjne oraz ograniczoną wydajność procesu z uwagi na warunki pogodowe. 5.2 Badanie zrywakiem wibracyjnym Urabianie złóż przy pomocy mimośrodowego zrywaka wibracyjnego jest stosunkowo nowym rozwiązaniem, które coraz częściej zostaje wdrażane w proces technologiczny kopalń odkrywkowych. Podobnie jak młot hydrauliczny, zrywak wibracyjny montowany jest na wysięgniku koparki jednonaczyniowej, a technologia prowadzenia robót jest analogiczna [Kasztelewicz 2012]. Podstawową różnicą jest sama zasada działania mimośrodowego zrywaka wibracyjnego. Jak sama nazwa wskazuje, mechanizm uderzeniowy oparty jest na ruchu mimośrodowym, a nie jak w przypadku młota na ruchu suwowym, wymuszonym przez ciśnienie oleju. Niska mimośrodowość, tj. krótkie ramię mimośrodu, pozwala na uzyskanie zdecydowanie większych częstotliwości uderzeń, niż w przypadku młota hydraulicznego. Na rysunku 26 a przedstawiono budowę zrywaka wibracyjnego, na rysunku 26 b zasadę działania wału mimośrodowego. 58

59 Rys. 26. a) Budowa mimośrodowego zrywaka wibracyjnego, b) zasada działania wału mimośrodowego [Będkowski i inni 2015] Narzędziem urabiającym jest tzw. ząb, który stanowi rodzaj nakładki na element wibracyjny zrywaka. Wykorzystanie łatwo wymienialnego zęba jest bardzo korzystnym rozwiązaniem z punktu widzenia eksploatacyjnego, ponieważ z uwagi na ciągły kontakt z calizną, to element łatwo zużywalny, ale i stosunkowo tani. Widok przykładowego zęba przedstawiono na rysunku 27. Rys. 27. Ząb- wymienny element urabiający mimośrodowego zrywaka wibracyjnego [ Istotne zwiększenie częstotliwości uderzeń oraz zmniejszenie skoku pozwoliło na ograniczenie emisji hałasu urządzenia. Według informacji producentów poziom 59

60 ciśnienia akustycznego generowanego przez zrywak wibracyjny podczas urabiania w odległości 7 m od prowadzonej eksploatacji wynosi 92,7 db, dla porównania młot hydrauliczny generuje hałas na poziomie 129 db, a 77,8 db w odległości 30 m od miejsca pracy. Mimośrodkowy zrywak wibracyjny jest osprzętem mocowanym na wysięgniku koparki hydraulicznej podsiębiernej i służy do odspajania skał z wykorzystaniem przede wszystkim ich naturalnych spękań. Proces zrywania polega na wciskaniu klina narzędzia roboczego, poprzez mimośrodowy obrót wału napędzanego przez silnik hydrauliczny. Proces niszczenia struktury skały klinowym narzędziem jest zazwyczaj dynamiczny i trudno jest wyznaczyć jednoznacznie siłę oddziaływania, a tym samym poszczególne składowe oporu działającego na narzędzie. Jego wartość określa się jednostkowym oporem wnikania kz, to znaczy oporem odniesionym do jednostki długości ostrza i jednostkowej wielkości zagłębienia w ośrodek skalny. Wskaźnik ten zależy przede wszystkim od wytrzymałości skały na ściskanie oraz naturalnych spękań występujących w caliźnie [Pieczonka 2009]. W celu określenia przybliżonej efektywności urabiania mimośrodowym zrywakiem wibracyjnym konieczne jest wyznaczenie energii udaru narzędzia urabiającego Eu oraz maksymalnej siły Fw działającej na narzędzie w końcowej fazie jego wnikania w skałę na głębokość hc, zależnej od typoszeregu urządzenia. Siłę Fw można wyznaczyć z następującego wzoru: F w = k z b h c [N] (4) gdzie: kz jednostkowy opór wnikania narzędzia w ośrodek skalny, tj. opór przypadający na jednostkę długości ostrza i wielkość zagłębienia wyznaczany doświadczalnie, [N/m 2 ] b szerokość ostrza narzędzia, [m] hc głębokość wnikania narzędzia w ośrodek skalny w końcowej fazie, [m] h c 2 E u [m] bk z (5) 60

61 Najbardziej wrażliwym elementem o krótkim okresie żywotności jest wymienny ząb, którego koszt jest kilkukrotnie niższy w porównaniu do grota młota hydraulicznego, sama zaś wymiana, mniej pracochłonna. Dodatkowym atutem zrywaka hydraulicznego jest jego całkowita szczelność, co daje możliwość wykorzystania urządzenia do urabiania spod lustra wody. Kolejną zaletą jest dużo niższe ciśnienie akustyczne generowane przez zrywak hydrauliczny w porównaniu do młota hydraulicznego. Na rysunku 28 przedstawiono schemat urabiania calizny skalnej z zastosowaniem zrywaka hydraulicznego. Rys. 28. Rozkład sił na zębie zrywaka wibracyjnego [Bęben 2012] Badanie zrywakiem wibracyjnym przeprowadzono dokładnie w tym samym okresie, co badanie młotem hydraulicznym, tj. na przełomie marca i kwietnia 2013 roku w złożu wapieni jurajskich Raciszyn. 61

62 Rys. 29. Wspólna praca testowanych sposobów urabiania [fot. T. Będkowski] Celem badania było porównanie energetyczne procesu urabiania skał węglanowych, w odniesieniu do tych samych warunków geologiczno-górniczych i zbliżonych parametrów technicznych wykorzystanych maszyn. Testy zostały przeprowadzone na tym samym poziomie eksploatacyjnym, a maszyny pracowały w bezpośrednim sąsiedztwie, co podkreśla reprezentatywność wykonanych badań. Do całkowitego pomiaru energochłonności procesu uzyskania kruszywa wapiennego wykorzystano wymienione poniżej urządzenia: - koparkę Volvo EC460BLC ze zrywakiem wibracyjnym XR50, - ładowarkę Komatsu WA470 z wagą Tamtron, - wozidło technologiczne VOLVO A30E, - koparkę Komatsu PC 450, - kruszarkę udarową Kleemann EVO. Schemat wykorzystanego układu technologicznego w tym przypadku przedstawiono na rysunku

63 Rys. 30. Schemat układu technologicznego przy urabianiu zrywakiem wibracyjnym [opracowanie własne] Do testów eksploatacyjnych wykorzystano następujący zestaw maszyn: koparkę Volvo EC460BLC oraz zrywak mimośrodkowy Xcentric Ripper XR50 o parametrach wymienionych w tabeli 8 Tab. 8. Parametry techniczne testowanych zestawów maszyn i urządzeń [opracowanie własne] Parametr Jedn. Zrywak wibracyjny Producent - Xcentric Ripper Model - XR 50 Rok produkcji Ciężar roboczy [Mg] 4,6 Częstotliwość uderzeń [min -1 ] 1000 Ciśnienie pracy układu hydraulicznego [MPa] 26 Ciśnienie upustowe [MPa] 6 Przepływ oleju [l/min] 250 Minimalna masa koparki [Mg] 42 Parametr Jedn. Koparka Volvo Rok produkcji Model - EC 460BLC Ciężar roboczy [Mg] 45,1 Moc znamionowa silnika [kw] 228 Zużycie paliwa wg. producenta [l/h] Pracę koparki Volvo EC460BLB ze zrywakiem wibracyjnym Xcentric Ripper XR50 pokazano na rysunku

64 Rys. 31. Koparka Volvo EC 460BLC z osprzętem zrywakowym Xcentric Ripper XR 50 [fot. T. Będkowski] Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem zrywaka wibracyjnego Urobek uzyskany przy wykorzystaniu zrywaka wibracyjnego, w porównaniu z urobkiem otrzymanym za pomocą młota hydraulicznego, charakteryzował się większym rozmiarem. Sporadyczne bryły skalne o średnicach ponadwymiarowych (powyżej 70 cm) były trudne do dalszego rozdrobnienia przy wykorzystaniu tej technologii i niejednokrotnie wymagały dodatkowego rozkruszenia przez młot hydrauliczny. W trakcie porównania obu sposobów urabiania można było zauważyć większą uniwersalność urabiania z wykorzystaniem młota hydraulicznego, który nie tylko urabiał kopalinę, ale również mógł być zastosowany do rozdrabniania nadgabarytów w przypadku zaistnienia takiej potrzeby. Analizując natomiast wydajność zestawów maszyn należy podkreślić przewagę zrywaka wibracyjnego nad młotem hydraulicznym w tym zakresie. Pracę zrywaka mimośrodowego przedstawiono na rysunku 32, a pozyskiwany w ten sposób urobek na rysunku

65 Rys. 32. Praca zrywaka wibracyjnego [fot. T. Będkowski] Rys. 33. Urobek uzyskany przy pracy zrywaka wibracyjnego [fot. T. Będkowski] 65

66 Suma mas przechodzących [%] Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych Zrywak wibracyjny "P80" 0 DNO 0, Wielkość nadawy [cm] Rys. 34. Krzywa składu ziarnowego urobku uzyskanego przy użyciu zrywaka wibracyjnego [opracowanie własne] Skład ziarnowy nadawy surowca uzyskanej przy wykorzystaniu zrywaka mimośrodkowego (rysunek 34) potwierdza wstępne obserwacje podczas pracy urządzenia. Wielkość uzyskanej nadawy stanowiły duże gabaryty do 70 cm, a wskaźnik P80 uzyskanej nadawy wyniósł aż 50 cm. Niewielka ilość frakcji drobnej do 5 cm oraz pylistej nie przekraczała 10% uzyskanego urobku. Opis zmierzonych parametrów oraz wyniki testu porównawczego urabiania młotem hydraulicznym i zrywakiem wibracyjnym przedstawiono w tabeli 9. 66

67 Tab. 9. Wyniki testu urabiania zestawem koparka + zrywak wibracyjny oraz zestawem koparka + młot hydrauliczny [opracowanie własne] Data Hitachi ZX470+młot HB4700 Atlas Copco Volvo EC460BLC+zrywak XR50 czas pracy [h] ilość urobku [Mg] ilość paliwa [l] wydajność [Mg/h] czas pracy [h] ilość urobku [Mg] ilość paliwa [l] wydajno ść [Mg/h] b.d b.d b.d SUMA ,0 2879,0 1230,0 Zużycie ON [l/h] 38,2 37,3 Wydajność [Mg/h] 64,8 87,2 Wyniki prób przedstawiają się następująco: w ciągu 74 h koparka z młotem hydraulicznym urobiła Mg uzyskując przy tym maksymalną wydajność 210 Mg/h. Jednak był to wyłącznie pojedynczy wynik, znacznie odstający od średniej pomiarowej. Średnia wydajność tego zestawu wyniosła 64,8 Mg/h, przy spalaniu 38 l/h paliwa. Natomiast zestaw koparka ze zrywakiem wibracyjnym w ciągu 4 dni przepracował 33 h urabiając Mg. Zrywak wibracyjny uzyskał maksymalną wydajność 177 Mg/h, a średnią 87,2 Mg/h, spalając przy tym 37 l/h. Wyniki testu porównawczego wskazują, iż wyższe wydajności godzinowe, przy bardzo zbliżonym spalaniu paliwa, osiągnęła koparka Volvo EC460BLC wyposażona w zrywak wibracyjny XR50. Jednak z uwagi na dużą amplitudę wydajności godzinowych (dla młota hydraulicznego było to Mg/h, a zrywaka wibracyjnego Mg/h) zdecydowano się na przeprowadzenie dodatkowego, 3-godzinnego testu wydajności. Wyniki tego testu przedstawia tabela

68 Tab. 10. Wyniki porównawczego testu chwilowego [opracowanie własne] Data Hitachi ZX470+młot HB4700 Volvo EC460BLC + zrywak XR50 Czas pracy [h] ilość urobku [Mg] ilość paliwa [l] Czas pracy [h] ilość urobku [Mg] ilość paliwa ,0 130,0 Zużycie ON [l/h] 43,3 43,3 Wydajność godzinowa [Mg/h] 104,0 177,0 [l] Test chwilowy polegał na urabianiu skał przez oba zestawy maszyn bezpośrednio obok siebie, nieprzerwanie przez 3 godziny. Podczas tego testu młot hydrauliczny odspoił 312 Mg urobku, natomiast zrywak mimośrodowy 531 Mg. W przeliczeniu na wydajność godzinową otrzymano następujące wyniki: 104 Mg/h dla młota hydraulicznego oraz 177 Mg dla zrywaka wibracyjnego. Tak więc w przypadku dłuższego testu, młot hydrauliczny uzyskał wydajność o 30% mniejszą niż zrywak wibracyjny, a w przypadku testu chwilowego o około 40%. Spalanie paliwa przez obie koparki w tym teście było porównywalne i wynosiło średnio 43,3 l/h. Do dalszych analiz w niniejszej pracy przyjęto średnią wydajność zestawu koparka + zrywak wibracyjny wynoszącą 87 Mg/h, zgodnie z tabelą 9, jako poziom odpowiadający rzeczywistym warunkom pracy tego urządzenia. 68

69 5.3 Badanie kombajnem frezującym typu Wirtgen Kombajny frezujące urabiają skałę litą z wykorzystaniem procesu frezowania [Kasztelewicz 2012]. Frezowanie jest to rodzaj urabiania skrawaniem, które łączy w sobie ruch obrotowy i posuwowy. W przypadku kombajnu frezującego za ruch obrotowy odpowiedzialny jest tzw. bęben frezujący z napędem mechanicznym umieszczony wewnątrz maszyny, a za ruch posuwowy sama maszyna przemieszczająca się na podwoziu gąsienicowym. Cechą charakterystyczną tej operacji jest nierównoczesna praca ostrzy narzędzia. Krawędzie skrawające frezu nigdy nie pracują wszystkie równocześnie, lecz kolejno jedne po drugich. Z uwagi na to, że frezy kombajnu frezującego umieszczone są na bębnie frezującym, czyli powierzchni walcowej, sposób urabiania możemy zaliczyć do tzw. frezowania obwodowego walcowego. Frezowanie obwodowe można podzielić na [Kaushik i Ghose 2008]: - frezowanie przeciwbieżne, - frezowanie współbieżne. Frezowanie skał przez kombajn frezujący można zaliczyć do grupy frezowania współbieżnego, ponieważ kierunek ruchu maszyny (ruch posuwowy) jest zgodny z kierunkiem obrotu bębna frezującego (ruch obrotowy). Na rysunku 35 a pokazano sposób urabiania kombajnem frezującym (frezowanie współbieżne) oraz frezowanie przeciwbieżne 35 b. Rys. 35. Rodzaje frezowania obwodowego: a) frezowanie współbieżne, b) frezowanie przeciwbieżne [Kasztelewicz Z. i inni, 2012]. 69

70 Frezowanie współbieżne, czyli sytuacja kiedy ruch obrotowy jest zgodny z ruchem posuwowym, charakteryzuje się małą siłą dociskającą na początku frezowania i jej stopniowym wzrostem wraz z postępującym ruchem posuwowym. W początkowej fazie skrawania może dochodzić do ślizgania się frezu po urabianej powierzchni, jednak ten sposób jest zdecydowanie korzystniejszy, szczególnie w przypadku urabiania skał o dużej wytrzymałości na ściskanie. Ciągły charakter sił działających na frez jest zdecydowanie korzystniejszy, niż siły wibracyjne, jakie powstają podczas urabiania przy zastosowaniu frezowania obwodowego przeciwbieżnego, które znacznie skracają żywotność noży frezujących. Na rysunku 36 przedstawiono w sześciu etapach sposób zagłębiania się, eksploatację (tj. frezowanie) i wyjście kombajnu z pojedynczego frezu. Rys. 36. Cykle urabiania (frezowania) calizny skalnej z wykorzystaniem kombajnu powierzchniowego [Będkowski i inni 2013] Urabianie kombajnami frezującymi Wirtgen wyposażonymi w organ z nożami styczno-obrotowymi, stosowane jest do złóż o regularnej budowie. Zaletą opisywanej maszyny jest połączenie trzech podstawowych procesów, a mianowicie: urabiania calizny, kruszenia oraz załadunku na środki odstawy. Urabianie skały następuje poprzez 70

71 ruch obrotowy bębna frezującego z zamocowanymi na nim nożami styczno-obrotowymi, których rozmieszczenie i liczbę dobiera się w zależności od wymaganego stopnia rozdrobnienia urobku. Następnie odspojony materiał ładowany jest wysięgnikiem z przenośnikiem taśmowym najczęściej na wozidła technologiczne. Innym rozwiązaniem może być odstawienie materiału na spąg poziomu roboczego w celu jego selektywnego wykorzystania. W tym wypadku odłożenie urobku na spągu stosuje się na złożach mniej jednorodnych chemicznie i fizycznie, o znacznych wtrąceniach surowców niepożądanych, takich jak glina, czy piasek. W procesie frezowania nożem styczno-obrotowym właściwe jego ustawienie w uchwycie na bębnie frezującym prowadzi do wytworzenia odpowiedniego stanu naprężeń na styku ostrze-ośrodek skalny (odmiennego niż w przypadku narzędzia płaskiego), który powoduje występowanie strefy spękań i defragmentację ośrodka. Z przeprowadzonych analiz wynika, że punktowe zakończenie ostrza noża stycznoobrotowego umożliwia dużą koncentrację przekazywanej energii, łatwiejszą penetrację początkową szczelin oraz możliwość intensywnego bocznego rozkruszania ośrodka skalnego podnoszącego efektywność procesu urabiania. Dodatkowo ostrze zbrojone jest wałeczkiem węglika spiekanego i osadzone w uchwycie z luzami pozwalającymi na swobodny obrót. Na rysunku 37 przedstawiono interpretację oddziaływania noża stycznoobrotowego na urabiany ośrodek skalny. Rys. 37. Schemat oddziaływania nożem styczno-obrotowym ośrodka skalnego [Bęben 2012] 1 odspajana warstwa ośrodka skalnego, 2 strefa skruszonego materiału, 3 szczeliny propagujące, - kąt natarcia zawarty między kierunkiem wektora prędkości frezowania a osią symetrii narzędzia styczno-obrotowego 71

72 Ograniczenie w zastosowaniu urabiania kombajnem frezującym wyposażonym w bęben frezujący z nożami styczno-obrotowymi dotyczy skał co najwyżej średnio zwięzłych. Skały bardziej zwięzłe oraz zawierające wtrącenia minerałów ściernych powodują przyśpieszone zużywanie się narzędzi skrawających, a nawet ich uszkodzenie. Zużycie narzędzi skrawających jest więc jednym z podstawowych czynników ograniczającym zastosowanie mechanicznego urabiania skał zwięzłych poprzez frezowanie, aczkolwiek noże styczno-obrotowe nie nastręczają trudności podczas ich wymiany oraz innych czynności obsługowych. Podstawową technologię pracy kombajnu frezującego Wirtgen pokazano na rysunku 38. Rys. 38. Technologia eksploatacji kombajnem frezującym Wirtgen [źródło: Wirtgen Polska Sp. z o.o.] Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest tzw. eksploatacja ciągła. Jest ona możliwa ponieważ kombajn frezujący Wirtgen może urabiać kopalinę również podczas skrętu (w łuku). Niestety, mimo iż teoretycznie najkorzystniejsza z punktu widzenia eksploatacji maszyny, technologia ta nie jest tak oczywistym wyborem dla efektywnego funkcjonowania zakładu górniczego. Duży promień skrętu kombajnu wymaga zajęcia znacznej powierzchni terenu pod eksploatację ciągłą, która zwykle przez przedsiębiorców górniczych ograniczana jest do minimum. Podobnie jak w poprzednich przypadkach, na złożu wapieni jurajskich Raciszyn zostały przeprowadzone testy eksploatacyjne kombajnu frezującego Wirtgen 2200 SM. Jest to najmniejszy model kombajnu frezującego produkowany przez firmę Wirtgen. Oprócz modelu 2200 SM firma oferuje większe modele 2500 SM oraz 4200 SM, a podstawowe parametry tych urządzeń zostały przedstawione w tabeli

73 Tab. 11. Podstawowe dane techniczne kombajnów powierzchniowych produkcji Wirtgen [Wirtgen Polska]. Model Szerokość frezowania Głębokość frezowania Moc silnika Masa eksploatacyjna Maksymalna wytrzymałość materiału na ściskanie [mm] [mm] [KM] [Mg] [MPa] 2200 SM , SM / , SM / ,3 80 Testy eksploatacyjne wykonano w tych samych warunkach geologicznych, jak w przypadku młota hydraulicznego i zrywaka wibracyjnego, aby w ten sposób zapewnić reprezentatywność i porównywalność otrzymanych wyników. Kombajn frezujący w czasie testów wykonywał pojedynczy frez na długości ok. 200 m, następnie wracał cofając się do początku frontu. Taki system pracy podyktowany był istotnym ograniczeniem, jakim jest wielkość udostępnionego złoża i ograniczona stąd długość frontu roboczego. W tabeli 12 przedstawiono dokładną specyfikację techniczną kombajnu frezującego Wirtgen 2200 SM, którym wykonano testy eksploatacyjne. 73

74 Tab. 12. Specyfikacja techniczna kombajnu powierzchniowego Wirtgen 2200 SM [Wirtgen Polska] Parametr Jedn. Surface Miner 2200 SM Szerokość frezowania [mm] Głębokość frezowania/tryb "na odkład" [mm] 0 300/0 250 Bęben frezujący Odstępy między nożami frezującymi [mm] 38 Liczba noży frezujących [-] 76 Średnica bębna wraz z nożami [mm] 1115 Maksymalne nachylenie bębna [ ] 5 Silnik Chłodzenie - Woda Moc [kw/km] 708/950 Prędkość obrotowa silnika [min -1 ] Zużycie paliwa na pełnym obciążeniu [l/h] 187 Zużycie paliwa na obciążeniu 2/3 [l/h] 125 Prędkość/nachylenia Prędkość jazdy [km/h] 0 5 Maksymalne nachylenie [%] 90 Prześwit [mm] 370 Waga Nacisk na przednią oś [kg] Nacisk na tylną oś [kg] Masa własna [kg] Masa operacyjna [kg] Masa operacyjna, w pełni zatankowany [kg] Wymiary gąsienic Para gąsienic przednich (L x W x H) [mm] x 370 x 790 Para gąsienic przednich (L x W x H) [mm] x 370 x 790 Pojemności zbiornika Zbiornik paliwa [l] Zbiornik oleju hydraulicznego [l] 500 Zbiornik na wodę [l] Przenośniki taśmowe Szerokość taśmy 1 przenośnika (podstawowa) [mm] Szerokość taśmy 2 przenośnika (wyładowcza) [mm] Wydajność teoretyczna przenośnika taśmowego [m 3 /h]

75 W trakcie badania terenowego zastosowano wariant bezpośredniego załadunku urobku na wozidła technologiczne. Zatem układ technologiczny składał się z następujących urządzeń: - kombajnu powierzchniowego Wirtgen, - wozidła technologicznego VOLVO A30E (3 sztuki), - koparki Komatsu PC-450, - kruszarki udarowej Kleemann EVO. Schemat wykorzystanego układu technologicznego w tym przypadku przedstawiono na rysunku 39. Rys. 39. Schemat układu technologicznego przy urabianiu kombajnem frezującym Wirtgen [opracowanie własne] Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem kombajnu frezującego typu Wirtgen Kombajn frezujący pozwolił na uzyskanie urobku o znacznym stopniu rozdrobnienia, który we wstępnej ocenie wzrokowej przypominał efekt kruszenia przy użyciu kruszarki. Ocena ta wskazała na znaczny udział drobnych frakcji pylastych, charakterystycznych dla pracy kruszarki udarowej. Wielkość ziaren urobku nie przekraczała średnicy 50 cm i była zależna od chwilowej twardości materiału. Do obsługi kombajnu Wirtgen niezbędne okazały się wozidła technologiczne w liczbie 3 sztuk, które bezpośrednio odbierały uzyskany przez maszynę urobek. Pojazdy te współpracowały w całym okresie pracy kombajnu. Niezbędnym elementem zachowania płynności procesu frezowania było zabezpieczenie oczekującego na załadunek wozidła oprócz tego aktualnie ładowanego. Taki system zapewnił ciągłą pracę kombajnu Wirtgen bez konieczności wstrzymania procesu spowodowanego brakiem możliwości odbioru urobku. Alternatywnym rozwiązaniem byłoby gromadzenie urobku na spągu złoża poprzez wyeliminowanie wozideł w procesie urabiania. Takie rozwiązanie pozwala na 75

76 ocenę jakości zgromadzonego surowca skalnego i selektywne pobieranie do dalszego procesu uzyskanego urobku. Jednak wariant ten wiąże się z dodatkowym kosztem załadunku surowca do dalszego przerobu. W przypadku jednorodnego chemicznie złoża wapieni jurajskich Raciszyn powyższy wariant został wykluczony w dalszej analizie kosztowej w ramach niniejszej pracy. Rys. 40. Praca kombajnu Wirtgen z bezpośrednim załadunkiem na wozidła technologiczne [fot. T. Będkowski] Rys. 41. Praca kombajnu Wirtgen z bezpośrednim załadunkiem na wozidła technologiczne [fot. T. Będkowski] 76

77 Przeprowadzone testy eksploatacyjne umożliwiły określenie wydajność kombajnu powierzchniowego Wirtgen. Wyniki testu zostały zawarte w tabeli 13. Dodatkowo, w tabeli 13 zamieszczono również wszystkie koszty związane z dzierżawą tego urządzenia na czas wykonywania testów. Tab. 13. Wyniki testu urabiania kombajnem powierzchniowym [opracowanie własne] Koszty zbiorcze wykonania testu [zł] koszt dzierżawy urządzenia ,77 ryczałt za dodatkowe przebieg ,97 serwis/ubezpieczenie/transport 8 457,97 narzędzia wymienne (frezy) 3 302,73 Obsługa: koszt obsługi operatorów ,00 noclegi 990,00 Koszt paliwa łączny ,00 Koszt wody i pozostałe koszty 2 000,00 Razem ,44 Dane produkcyjne Czas testu maszyny [h] 204 Wielkość produkcji [Mg] Zużycie paliwa łącznie [l] Czas łącznej obsługa maszyny [2 os.] [h] 574 Wydajności uzyskane Koszt pozyskania w ramach testu 1 Mg [zł] 6,12 Wydajność godzinowa [Mg/h] 193,55 Zużycie On [l/h] 87,25 Pracę kombajnu Wirtgen na złożu wapieni jurajskich Raciszyn można podzielić na dwa etapy robocze: okres przygotowawczy i produkcyjny. W etapie przygotowawczym urządzenie dokonywało wyrównania spągu złoża na powierzchni przewidzianej do przeprowadzenia badania. Ten etap trwający około tygodnia odznaczał się większą prędkością przejazdową urządzenia oraz mniejszą jego wydajnością. W okresie produkcyjnym nastąpiła właściwa praca przy pełnej wydajności kombajnu. 77

78 Urobek uzyskany w trakcie testu był ładowany bezpośrednio na wozidła technologiczne, bądź w drugim wariancie pozostawiony na spągu poziomu roboczego do dalszego załadunku. W trakcie całego testu urządzenie przepracowało 204 h i zużyło litrów oleju napędowego. Istotny element kosztowy, oprócz kosztów wynajmu urządzenia, stanowił koszt obsługi 2 wykwalifikowanych operatorów oraz koszt wymiany noży na bębnie frezującym. Średnie zużycie paliwa wyniosło około 87 litrów/h, co oznacza niższy poziom w stosunku do danych katalogowych tej maszyny. Średnia wydajność urządzenia w trakcie całego testu wyniosła 194 Mg/h. Na rysunku 42 przedstawiono także krzywą składu ziarnowego uzyskanego urobku przy wykorzystaniu kombajnu frezującego Wirtgen. Rys. 42. Krzywa składu ziarnowego urobku zyskanego przy użyciu kombajnu frezującego Wirtgen [opracowanie własne] Powyższy wykres krzywej składu ziarnowego urobku uzyskanego przy użyciu kombajnu frezującego Wirtgen potwierdza wysoki poziom rozdrobnienia surowca. Jego wielkość nie przekracza 50 cm, a wskaźnik P80 dla uzyskanej nadawy wyniósł 25 cm. Krzywa składu ziarnowego przypomina efekt procesu kruszenia udarowego. Bardzo dobre rozdrobnienie materiału oznacza większą gęstość objętościową, a tym samym bardziej korzystny kosztowo transport takiego surowca oraz mniejszą energochłonność kolejnego etapu procesu, jakim jest kruszenie. 78

79 Rys. 43. Praca kombajnu powierzchniowego Wirtgen w wariancie składowania surowca na poziomie roboczym [fot. T. Będkowski] 5.4 Badanie kombajnem frezującym typu Vermeer Kombajn powierzchniowy Vermeer został zaprojektowany dla potrzeb kopalń odkrywkowych skał zwięzłych. Według danych producentów, urządzenia tego typu, skrawając warstwę calizny, mogą osiągnąć wydajności od 300 do 1600 Mg/h, zastępując wiercenie, strzelanie i kruszenie wstępne. Wydajność oraz rozmiar otrzymywanego urobku mogą być dostosowane pod określone potrzeby dalszego procesu przeróbczego. Kombajn frezujący typu Vermeer umożliwia urabianie skał i prowadzenie prac ziemnych tam, gdzie dotychczasowe sposoby okazywały się nieopłacalne lub wręcz niemożliwe do zrealizowania [ Przykładem mogą być właśnie takie miejsca, gdzie z powodu bliskości budynków mieszkalnych lub bliskiej odległości do dróg wprowadzono zakaz prowadzenia robót wiertniczo-strzałowych. Technologia ta umożliwia urabianie złoża z ominięciem skały płonnej oraz skrawanie po upadzie, mieszając ze sobą różne warstwy złoża. 79

80 Proces urabiania jest realizowany przez organ bębnowy, wyposażony w noże skrawające. Kierunek obrotu organu urabiającego i umocowanie noży ma bardzo korzystny wpływ na rozkład sił powodujących urabianie, jak i na finalny produkt. Napęd poprzez łańcuch urabiający jest ewolucją znanych od 50 lat koparek łańcuchowych firmy Vermeer. Łańcuch ten z modelu koparki łańcuchowej został skrócony i przejął tutaj zadanie napędu bębna urabiającego [ Kombajn frezujący Vermeer umożliwia ominięcie wielu procesów technologicznych począwszy od przygotowania terenu do urabiania poprzez wiercenie, roboty strzałowe i wstępne kruszenia. W ten sposób można ograniczyć wymagania sprzętowe do minimum, pomijając w układzie technologicznym spycharkę, wiertnice, materiały wybuchowe i wstępne kruszenie. W okresie przygotowania badań terenowych oraz prowadzenia testów porównawczych na terenie złoża wapieni jurajskich Raciszyn dostępność powyższego kombajnu w Polsce była znacznie ograniczona. Jedynym urządzeniem tego typu pracującym w Europie jest model Terrain Leveler T1255. Urządzenie to pracowało na terenie kopalni gipsu i anhydrytu należącej do grupy Knauf na terenie Niemiec, w okolicy Lipska. Urabiany tam górotwór został zbadany w zakresie jego cech fizycznych. Zdecydowana większość urobku okazała się materiałem wapiennym typu gips o wytrzymałości na ściskanie ok. 60 MPa wraz z niewielkimi wtrąceniami twardego anhydrytu o wytrzymałości na ściskanie do 130 MPa. Na podstawie pobranych z tej kopalni próbek określono średnią wytrzymałość na ściskanie surowca wynoszącą 76 MPa. Na rysunku 44 przedstawiono zdjęcia badanego surowca. 80

81 Rys. 44. Analizowany urobek (gips) po urobieniu kombajnem frezującym Vermeer [fot. T. Będkowski] Analiza cech wytrzymałościowych surowca na terenie kopalni Knauf w Niemczech oraz brak realnej możliwości wykonania testów technologicznych w Raciszynie spowodowały konieczność przyjęcia wyników eksploatacyjnych powyższego urządzenia w niniejszej rozprawie pochodzących z kopalni niemieckiej. Wyniki te posłużyły do porównania z pozostałymi sposobami urabiania mechanicznego skał węglanowych. Podstawowe dane techniczne kombajnu frezującego Varmeer zestawiono w tabeli 14. Tab. 14. Podstawowe dane techniczne kombajnu frezującego Vermeer [ Kombajn frezujący Terrain Leveler T1255 silnik CAT C13 ATAAC głębokość urabiania szerokość urabiania prędkość urabiania długość całkowita masa całkowita 415 KM (310 kw) do 68 cm mm do 12,5 m/min mm kg 81

82 Terrain Leveler T1255 DD (Direct Drive) wyposażony był w system komputerowy wspomagania pracy urządzenia TEC Plus. Przygotowanie urządzenia do pracy polega na skonfigurowaniu parametrów pracy do każdego złoża tak, by nie przeciążać maszyny i znaleźć kompromis pomiędzy kosztem uzyskania 1 Mg materiału a wydajnością. Wykorzystano system wspomagający o nazwie TEC Plus, który zwalnia urządzenie natrafiając na materiał trudno urabialny i ponownie przyspiesza urabiając materiał łatwiej urabialny. W tym wypadku urządzenie przyspieszało natrafiając na żyłę anhydrytu Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem kombajnu frezującego typu Vermeer Elementem urabiającym był bęben skrawający o szerokości 3,7 m, w tym wypadku na głębokość 30 cm. Zmierzona wydajność po jednej godzinie pracy, na odcinku testowym o długości 160 metrów, wyniosła 210 m 3 urobionej calizny o gęstości objętościowej ok. 2,2 Mg/m 3, co dało wynik ok. 460 Mg/h urobionego materiału. Podstawowe wyniki techniczne przedstawiono w tabeli 15, a ekonomiczne w tabeli 16. Tab. 15. Wyniki techniczne testu urabiania kombajnem frezującym Vermeer [opracowanie własne] Głębokość urabiania Szerokość robocza bębna Prędkość przejazdowa Wielkość produkcji [cm] [cm] [m/min] [m 3 /h] [Mg/h] ,8 190, ,1 271, ,9 328,

83 Tab. 16. Wyniki ekonomiczne testu urabiania kombajnem powierzchniowym Vermeer [opracowanie własne] Koszty utrzymania 2,55 [EUR/h] obsługa silnika 19,79 [EUR/h] system hydrostatyczny 100,72 [EUR/h] pozostałe części zamienne 123,06 [EUR/h] Razem koszty utrzymania Koszty operacyjne 18,53 [EUR/h] koszty narzędzi 79,27 [EUR/h] koszt paliwa 37,05 [EUR/h] wynagrodzenie operatorów 7,17 [EUR/h] oleje, filtry technologiczne 142,02 [EUR/h] Razem koszty operacyjne 265,08 [EUR/h] Razem koszty operacyjne i utrzymania Poprzez zmianę prędkości przejazdowej urządzenia uzyskano zmienne wydajności procesu urabiania. W przypadku najbardziej dogodnych warunków geologicznych uzyskano chwilową, najwyższą prędkość wynoszącą 4,9 m/min, co odpowiadało produkcji 721 Mg/h. Główne koszty operacyjne związane są ze zużyciem paliwa, wynagrodzeniem operatorów oraz wymianą narzędzi roboczych. Całkowity koszt obsługi wyniósł 265 EUR/h pracy urządzenia, bez uwzględnienia kosztów amortyzacji. Powyższe pomiary wydajności należy uznać jako wyniki chwilowe, które nie uwzględniają przerw technologicznych, postojów manewrowych, przerw serwisowych i napraw wynikających z rzeczywistych warunków pracy. Dlatego też, w dalszej części pracy, w modelu ekonomicznym, przyjęto realną prędkość roboczą przejazdową wynoszącą 2,8 m/min oraz wydajność produkcyjną tego urządzenia na poziomie 322 Mg/h. Schemat wykorzystanego układu technologicznego przy urabianiu kombajnu Vermeer przedstawiono na rysunku 45. Rys. 45. Schemat układu technologicznego przy urabianiu kombajnem frezującym Vermeer [opracowanie własne] 83

84 Poniżej na rysunkach 46, 47 i 48 pokazano przebieg procesu urabiania z wykorzystaniem kombajnu frezującego Vermeer. Rys. 46. Przebieg procesu urabiania kombajnem frezującym Vermeer [ Rys. 47. Przebieg procesu urabiania kombajnem frezującym Vermeer [ 84

85 Suma mas przechodzących [%] Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych Rys. 48. Przebieg procesu urabiania kombajnem frezującym Vermeer [ Na rysunku 49 przedstawiono krzywą składu ziarnowego urobku przy wykorzystaniu kombajnu frezującego Vermeer. Kombajn frezujący Vermeer "P80" DNO 0, Wielkość nadawy [cm] Rys. 49. Krzywa składu ziarnowego urobku uzyskanego przy użyciu kombajnu frezującego Vermeer [opracowanie własne] Jak pokazano na rysunku 49 nadawę uzyskaną w trakcie badania cechuje bardzo dobry poziom rozdrobnienia. Wielkość brył skalnych nie przekraczała 60 cm, a 80% 85

86 uzyskano dla wielkości surowca 38 cm. Jednocześnie należy zauważyć mniejszy poziom frakcji pylastych, w porównaniu z nadawą pochodzącą z kombajnu frezującego typu Wirtgen. Efekt urabiania kombajnem frezującym Vermeer przypomina więc pracę kruszarki szczękowej, jako kruszarki wstępnej w procesie technologicznym. 5.5 Badanie spycharką z osprzętem zrywakowym Zrywanie spycharkami gąsienicowymi stosuje się dla rozluzowania calizny skalnej za pomocą zrywaka, a następnie przemieszczenia rozluzowanych mas skalnych do załadunku na wozidła technologiczne przez koparki jednonaczyniowe lub ładowarki. Na podatność na zrywanie mają wpływ właściwości fizyczne skał, tj. wytrzymałość na ściskanie, płaszczyzna uwarstwienia, szczelinowatość i spękania, łamliwość i zawartość składników krystalicznych, twardość oraz osłabienia spowodowane warunkami atmosferycznymi [Kasztelewicz 2015]. Parametry te mają istotny wpływ na dobór wielkości zagłębienia oraz kąt zrywania narzędzia roboczego. W procesie zrywania ostrze zrywaka oddziałuje na określoną przestrzeń ośrodka skalnego w przestrzeni przed zrywakiem oraz z jego boków. W wyniku tego następuje zniszczenie struktury ośrodka w stopniu zależnym od rodzaju urabianej skały. Sumarycznie oddziaływania te stanowią wielkość oporu zrywania. Opór zrywania Fzr oblicza się z poniższej zależności: F zr = A z k A k p k t [N] (6) gdzie: Az powierzchnia przekroju warstwy zrywanej [m 2 ], A z = h z (b + k b h z tgψ z ) [m 2 ] gdzie: (7) hz głębokość zrywania [m], b szerokość zęba [m], 86

87 kb - współczynnik uwzględniający różnice pomiędzy głębokością zrywania a głębokością bocznego rozkruszania skały, kb (0,8-0,9), ψ z kąt bocznego rozkruszania skały [ ], ka jednostkowy opór zrywania odniesiony do powierzchni rozluzowania ośrodka skalnego; ka > 0,5 MPa, kp współczynnik uwzględniający odkształcenie objętości ośrodka skalnego; kp (1,5-1,8), kt współczynnik uwzględniający stępienie zrywaka, kt (1,05-1,15). Największą wydajność urabiania spycharką gąsienicową z osprzętem zrywakowym uzyskuje się urabiając ośrodek skalny w kierunku upadu zalegających warstw, aczkolwiek aplikacja tego sposobu wiąże się z dużym ryzykiem występowania przestojów naprawczych spowodowanych częstym uszkodzeniem i przyspieszonym zużyciem elementów osprzętu zrywakowego. Podczas badania terenowego na złożu wapieni jurajskich Raciszyn wykorzystana została spycharka CAT D9N. Badanie było wykonane na podobnym geologicznie obszarze złoża, na którym wykonano testy eksploatacyjne młota hydraulicznego, zrywaka wibracyjnego oraz kombajnu frezującego Wirtgen, zatem wyniki pomiarów powinny być reprezentatywne i porównywalne ze sobą. W przeprowadzonych badaniach terenowych zastosowano zrywak trójzębny. W początkowej fazie pracy największą trudnością było zagłębienie się ostrzy w złoże, z uwagi na zwięzły charakter i stosunkowo wysoką wytrzymałość na ściskanie urabianej skały. W trakcie przejazdu maszyny dokonywano zrywania i odspajania surowca od calizny złoża. Długość drogi roboczej zrywarki wyniosła ok. 50 m. Zagłębienie ostrzy w czasie testów nie przekraczało 30 cm. Po kilkukrotnym przejeździe maszyny tą samą trasą roboczą następował proces zgarniania uzyskanego urobku przy wykorzystaniu lemiesza spycharki. Następnie, po zważeniu na wadzie zainstalowanej na ładowarce, został on załadowany na wozidła technologiczne i przetransportowany do kruszarki. W tabeli 17 przedstawiono specyfikację techniczną wykorzystanej w testach eksploatacyjnych spycharki CAT D9N. 87

88 Tab. 17. Specyfikacja techniczna CAT D9N [opracowanie własne] Model D9N Typ silnika 3408 Nr silnika Moc 48W kW/405KM Rok produkcji 1995 Pojemność pługa od 11 do 13 m 3 Stan licznika Zużycie paliwa normatywne Masa właściwa mth l/h 43 Mg W całkowitym modelu technologicznym wykorzystano poszczególne urządzenia: - spycharkę gąsiennicową CAT D9N, - ładowarkę Komatsu WA470 z wagą Tamtron, - wozidło technologiczne VOLVO A30E, - koparkę Komatsu PC-450, - kruszarkę udarową Kleemann EVO. Schemat wykorzystanego układu technologicznego w tym przypadku przedstawiono na rysunku 50. Rys. 50. Schemat układu technologicznego przy urabianiu spycharką z osprzętem zrywakowym [opracowanie własne] 88

89 5.5.1 Wyniki testów eksploatacyjnych z zastosowaniem spycharki z osprzętem zrywakowym Na ocenę skuteczności urabiania mechanicznego za pomocą spycharki CAT D9N istotne znaczenie miała budowa geologiczna złoża. W przypadku złoża wapieni jurajskich Raciszyn główne problemy dotyczyły skutecznego zagłębienia się zębów roboczych w powierzchnię calizny złoża. Struktura uzyskanego surowca charakteryzowała się bardzo korzystnym stopniem rozdrobnienia, nieprzekraczającym średnicy urobku skalnego 30 cm oraz niewielkim poziomem frakcji drobnych i pylastych. Należy jednak zauważyć, że cechą charakterystyczną przeprowadzonych testów eksploatacyjnych był bardzo wysoki poziom hałasu podczas pracy spycharki, szczególnie w trakcie wbijania się w złoże oraz urabiania kopaliny. Na rysunku 51 przedstawiono pracę spycharki CAT D9N z osprzętem zrywakowym podczas zagłębiania zębów w caliznę złoża, a na rysunku 52 podczas zgarniania urobku za pomocą lemiesza. Rys. 51. Praca spycharki CAT D9N podczas testów eksploatacyjnych (zagłębianie się zębów w caliznę złoża) [fot. T. Będkowski] 89

90 Rys. 52. Praca spycharki CAT D9N podczas testów eksploatacyjnych ( zgarnianie urobku za pomocą lemiesza) [fot. T. Będkowski] Koszty zbiorcze wykonania testów eksploatacyjnych spycharką CAT D9N oraz uzyskane wyniki produkcyjne zostały przedstawione w tabeli 18. Tab. 18. Koszty oraz wyniki produkcyjne z testów eksploatacyjnych urabiania spycharką CAT D9N [opracowanie własne] Koszty zbiorcze wykonania testu [zł] Koszt procesu: koszt dzierżawy urządzenia 5000 Koszt transportu urządzenia 2600 serwis/ubezpieczenie 500 narzędzia wymienne 0 Obsługa: koszt obsługi operatora 500 Noclegi 200 Koszt paliwa łączny 2592 Pozostałe koszty 500 Razem Dane produkcyjne Czas pracy maszyny [h] 16 Wielkość produkcji [Mg] 1320 Zużycie paliwa łączne w trakcie testu [l]

91 Czas łącznej obsługa maszyny 1 osoby [h] 16 Wydajności uzyskane Koszt pozyskania 1 Mg [zł] 9,00 Wydajność godzinowa [Mg/h] 82,5 Zużycie ON [l/h] 45,9 Testy eksploatacyjne spycharką CAT D9N przeprowadzono w okresie dwóch dni produkcyjnych, co stanowiło czas 16 h pracy urządzenia. W trakcie testów zużyto łącznie 735 litrów oleju napędowego, a zużycie godzinowe wyniosło 46 l/h. Uzyskana wydajność procesu urabiania wyniosła 82,5 Mg/h, co w konsekwencji dało koszt pozyskania 1 Mg surowca 9 zł/mg. Na rysunku 53 i 54 pokazano urobek uzyskany przy urabianiu spycharką CAT D9N, a na rysunku 55 przedstawiono krzywą składu ziarnowego tego urobku. Rys. 53. Urobek uzyskany przy pracy spycharki CAT D9N [fot. T. Będkowski] 91

92 Rys. 54. Urobek uzyskany przy pracy spycharki CAT D9N [fot. T. Będkowski] Rys. 55. Krzywa składu ziarnowego urobku uzyskanego przy użyciu spycharki CAT D9N [opracowanie własne] Skład ziarnowy nadawy uzyskanej z wykorzystaniem spycharki CAT D9N świadczy o bardzo dobrym stopniu rozkruszenia surowca. 80% uzyskanego tym sposobem surowca uzyskało wielkość do 35 cm, a całość urobku nie przekroczyła 60 cm. Frakcje drobne do 2 cm stanowiły około 10 % uzyskanego urobku. 92

93 5.6 Analiza krzywych składu ziarnowego urobku uzyskanego różnymi sposobami urabiania mechanicznego Badania poszczególnych sposobów urabiania mechanicznego skały węglanowej wykazały bezpośredni związek pomiędzy zastosowanym sposobem, a stopniem rozdrobnienia materiału. Mając na uwadze analizę energochłonności procesów, poziom rozdrobnienia może mieć wpływ na koszty transportu urobku poprzez różną jego gęstość nasypową. Ograniczona pojemność załadowcza skrzyni pojazdów technologicznych powoduje bowiem wyższą efektywność transportu materiałów bardziej rozdrobnionych. Surowiec o większych gabarytach, oznacza mniejszą gęstość z uwagi na większe pory międzyziarnowe, co skutkuje mniejszym tonażem przewiezionego materiału. W procesie kruszenia poziom rozdrobnienia nadawy może również istotnie wpływać na wydajność i koszty tego procesu. Większa gabarytowo skała powoduje większe zapotrzebowanie energetyczne na jej rozdrobnienie oraz mniejszą wydajność urządzenia kruszącego. W dalszej części pracy zostanie przeprowadzona analiza wpływu powyższych czynników na koszty procesów pozostałych. W celu porównania stopnia rozdrobnienia urobku najczęściej stosuje się wielkość charakteryzującą średni rozmiar ziaren po odrzuceniu 20% ziaren największych. Jest ona oznaczana jako d80, a w literaturze zagranicznej jako P80. Wielkość ta jest podstawowym wyznacznikiem doboru technologii kruszenia i oceny jej efektu [Malewski 1981, Gawenda i inni 2006, Gawenda 2010, Metso, Malhotra i inni 2009]. Poniżej przedstawiono porównanie uziarnienia nadawy uzyskanej różnymi sposobami mechanicznego urabiania (rysunek 56) oraz zbiorcze zestawienie wskaźnika P80 (rysunek 57). 93

94 Rys. 56. Zbiorcze porównanie krzywych składu ziarnowego [opracowanie własne] Powyższa analiza wyraźnie pokazuje różnice w stopniu rozdrobnienia surowca uzyskanego badanymi sposobami mechanicznego urabiania skał technologiami. Kombajn Wirtgen najskuteczniej rozdrabniał urobek jednocześnie generując przy tym znaczne ilości frakcji pylistych. Z drugiej strony, urabianie młotem hydraulicznym i zrywakiem wibracyjnym są technologiami wskazanymi do zastosowania kiedy potrzeba mniejszego rozdrobnienia urobku oraz eliminacji frakcji pylistych. Zbiorcze porównanie rozkładów składu ziarnowego jako % pozostałości na sitach przedstawiono na rysunku

95 Rys. 57. Udział poszczególnych frakcji dla urobku uzyskanego różnymi sposobami urabiania mechanicznego [opracowanie własne] Analiza rozkładu wielkości ziaren nadawy pokazuje, że w przypadku kombajnu frezującego Wirtgen najwięcej uzyskano ziaren o wielkości około 5 cm, a w przypadku zrywaka wibracyjnego było to już aż 40 cm. Na rys. 58 przedstawiono zbiorcze zestawienie wskaźnika P80 uzyskanego dla różnych sposobów mechanicznego urabiania skał. Rys. 58. Zbiorcze zestawienie wskaźnika P80 [opracowanie własne] 95

96 Najmniejszą wielkością ziaren, wg wskaźnika P80, charakteryzował się urobek pochodzący z kombajnów frezujących, zarówno typu Wirtgen jak i Vermeer, z czego należy zauważyć, że kombajn frezujący Wirtgen osiągnął 80% ziaren poniżej 25 cm, a Vermeer poniżej 35 cm. Można to wyjaśnić różną budową kombajnów. Kombajn Wirtgen ma zabudowany bęben frezujący w środku maszyny, przez co dochodzi tam częściowo do wtórnego rozkruszenia urobku wewnątrz komory tego bębna. Zbliżonym wynikiem, charakteryzował się również urobek pochodzący od spycharki z osprzętem zrywakowym, dla którego P80 wyniosło 39 cm. Wynik ten, jest efektem nie tyle działania samego zrywaka, co kilkukrotnych przejazdów po urobionej caliźnie podwozia gąsienicowego spycharki, co zwiększało rozdrobnienie urobku. Urobek uzyskany przez zrywak wibracyjny oraz młot hydrauliczny cechuje większy udział frakcji grubych. Poziom 80% uzyskanej nadawy wykazała wielkość ziaren poniżej 45 cm dla młota hydraulicznego oraz 50 cm dla zrywaka wibracyjnego. W dalszej części analizy rozkładu uziarnienia urobku przeanalizowano stopień równomierności uziarnienia w zależności od przyjętych sposobów urabiania. Do tej oceny wykorzystano wzór: U = d 60 d 10 gdzie: (8) U stopień równomierności uziarnienia d60 średnica 60% ziaren [cm] d10 średnica 10% ziaren [cm] Im U jest bliższe jedności, tym bardziej równomierne jest uziarnienie urobku [Jeż 2004]. Wyniki analizy równomierności uziarnienia przedstawiono na rysunku

97 Rys. 59. Wskaźnik równomierności uziarnienia U [opracowanie własne] Przeprowadzona analiza wykazała najmniejszy wskaźnik równomierności uziarnienia U w przypadku urobku z młota hydraulicznego, który wyniósł 5,3. Wynik ten należy interpretować jako najbardziej jednorodny materiał w zakresie uzyskanego uziarnienia. Należy zauważyć, że taki materiał jest najbardziej pożądany do produkcji grysów budowlanych oraz grubych frakcji kruszywa jak: mm, mm. Analiza wykazała jednocześnie, że największy wskaźnik U uzyskano dla nadawy pochodzącej z kombajnu frezującego Vermeer, który wyniósł aż 12,0. 97

98 6. Model technologiczny procesu produkcji kruszyw Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych produkcji kruszyw oparta została na kompleksowym układzie technologicznym, na który składają się następujące operacje: pozyskania surowca mechanicznymi sposobami urabiania poprzez: - urabianie młotem hydraulicznym, - urabianie zrywakiem wibracyjnym, - urabianie kombajnem frezującym typu Wirtgen, - urabianie kombajnem frezującym typu Vermeer, - urabianie spycharką z osprzętem zrywakowym oraz pozostałe operacje technologiczne: - załadunek urobku przy użyciu ładowarki, - transport urobku wozidłami technologicznymi, - załadunek urobku na kruszarkę przy użyciu koparki jednonaczyniowej, - proces kruszenia. Powyższy układ technologiczny zapewnić miał uzyskanie wyrobu gotowego, czyli oczekiwanej frakcji 0-31,5 mm kruszywa wapiennego. 6.1 Wyrównanie wydajności badanych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych Skuteczne porównanie wpływu sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych na parametry techniczno-ekonomiczne procesu produkcji kruszyw możliwe jest jedynie poprzez kompleksową analizę całego procesu produkcyjnego, począwszy od maszyny urabiającej, a skończywszy na kruszarce. Kolejnym zagadnieniem, istotnym z punktu widzenia porównywalności wyników przeprowadzonych badań jest poziom uzyskiwanych wydajności poszczególnych układów technologicznych. Przeprowadzone badania wykazały znaczne różnice w ilości 98

99 pozyskanego surowca w jednostce czasu. Przykładem może być tutaj kombajn frezujący Wirtgen, którego średnia wydajność godzinowa zmierzona podczas badań na poziomie 193 Mg/h, jest trzykrotnie większa niż zestawu koparka + młot hydrauliczny. Poniżej, w tabeli 19 przedstawiono podsumowanie wydajności wszystkich badanych technologii będących przedmiotem niniejszej pracy. Tab. 19. Wyniki pomiarów średnich wydajności poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał[opracowanie własne] Badana technologia Uzyskana średnia wydajność [Mg/h] urabianie młotem hydraulicznym, 65 urabianie zrywakiem mimośrodkowym, 87 urabianie kombajnem frezującym typu Wirtgen 193 urabianie kombajnem frezującym typu Vermeer 322 urabianie spycharką z osprzętem zrywakowym 82 Chcąc osiągnąć wymaganą roczną zdolność produkcyjną, w dalszej części pracy wyrównano wydajności wszystkich badanych sposobów urabiania poprzez zwielokrotnienie zastawów roboczych maszyn. Wytyczną tego etapu analizy było założenie wskazujące na roczne zapotrzebowanie na kruszywo w ilości Mg (ok. 190 Mg/h pracy urządzeń). W modelu technologicznym zostały uwzględnione zarówno maszyny urabiające jak i pozostałe maszyny układu technologicznego, tj. ładowarki, wozidła technologiczne, koparki jednonaczyniowe oraz kruszarki. Poniżej przedstawiono zestawy urządzeń, które w sposób najbardziej przybliżony odpowiadają wymogom wyrównania wydajności poszczególnych sposobów urabiania: - koparka + młot hydrauliczny (3 zestawy), ładowarka, wozidło technologiczne, koparka, kruszarka; - koparka + zrywak wibracyjny (2 zestawy), ładowarka, wozidło technologiczne, koparka, kruszarka; - kombajn frezujący Wirtgen (1 zestaw), wozidło technologiczne, koparka, kruszarka; 99

100 - spycharka CAT D9N (2 zestawy), ładowarka, wozidło technologiczne, koparka, kruszarka; - kombajn frezujący Vermeer (1 zestaw), ładowarka, wozidło technologiczne, koparka, kruszarka. Model układu technologicznego procesu produkcji kruszywa przedstawiono na rysunku 60. Rys. 60. Model układu technologicznego procesu produkcji kruszyw [opracowanie własne] W wyniku zwielokrotnienia zestawów maszynowych otrzymano następujące wydajności wynikowe: - koparka z młotem hydraulicznym w trzech zestawach Mg/h; - koparka ze zrywakiem wibracyjnym w dwóch zestawach Mg/h; - kombajn frezujący Wirtgen Mg/h; - spycharka z osprzętem zrywakowym w dwóch zestawach Mg/h; - kombajn frezujący Vermeer 322 Mg/h. W przypadku kombajnu frezującego Vermeer, jego wydajność znacznie przekracza wydajność pozostałych zestawów, jak również roczną zdolność produkcyjną oczekiwaną przez przedsiębiorcę górniczego. Zatem technologia urabiania z wykorzystaniem kombajnu Vermeer nie może zostać wprost porównana z pozostałymi, z uwagi na inną 100

101 skalę wydajności urządzenia oraz brak spójności z produkcją roczną oczekiwaną przez przedsiębiorcę górniczego, która wynosi 190 Mg/h. Dlatego też, w dalszym etapie pracy technologia ta zostanie uwzględniona jedynie przy symulacji znacznie wyższych produkcji rocznych. Analizując poszczególne układy technologiczne należy ponadto zwrócić uwagę na proces urabiania kombajnem frezującym Wirtgen. W tym przypadku urobek ładowany jest bezpośrednio na wozidła technologiczne, bez udziału pracy ładowarki. W pozostałych przypadkach udział ładowarki jest niezbędny w procesie ładowania. Należy ponadto zaznaczyć, iż zwielokrotnienie zestawów maszyn pozwala na uzyskanie przybliżonej wydajności wszystkich zestawów, jednak w żadnym przypadku nie jest to jednakowa wydajność. Różnica powyższych wydajności wynosi około 18%. Należy jednak uznać, iż poziom ten jest akceptowalny i powinien pozwolić na uznanie powyższych założeń jako porównywalnych w dalszej części pracy. 101

102 7. Model ekonomiczny procesów 7.1 Założenia w zakresie doboru maszyn i urządzeń w układzie technologicznym produkcji kruszyw W celu uzyskania obiektywnej oceny ekonomicznej wszystkich omawianych procesów w układzie technologicznym produkcji kruszyw przyjęto następujące założenia: wszystkie modele maszyn urabiających zostaną przyjęte jako identyczne lub o zbliżonych parametrach do tych biorących udział w testach eksploatacyjnych, wszystkie modele pozostałych maszyn zostaną przyjęte jako identyczne lub o zbliżonych parametrach do tych biorących udział w testach eksploatacyjnych, powyższe modele maszyn zostaną w analizie przyjęte jako urządzenia nowe, na podstawie zebranych ofert cenowych od ich dostawców. Oferty te obowiązywały na dzień roku. W tabeli 20 przedstawiono wykaz wszystkich maszyn i urządzeń uwzględnionych w analizie w tym rozdziale wraz z ich podstawową charakterystyką techniczną. 102

103 Tab. 20. Charakterystyka techniczna i ekonomiczna wszystkich maszyn uwzględnionych w analizie [opracowanie własne] Parametry techniczne Cena zakupu [EUR] Cena zakupu [zł] Zrywak wibracyjny XR 50 Rok produkcji Masa własna Mg Młot hydrauliczny Atlas Copco EC150 Rok produkcji Masa użytkowa Mg Spycharka Komatsu Rok produkcji Model D275A-5 Moc silnika 335 kw Ciężar roboczy Mg Kombajn frezujący Witgen Rok produkcji Model SM 2200 Szerokość skrawania mm Moc silnika 709 KW Ciężar roboczy Mg Kombajn frezujący Vermeer Rok produkcji Model TL1255 Moc silnika 447 kw Ciężar własny Mg Ładowarka Komatsu WA z wagą Tamtro Rok produkcji Masa własna Mg Wielkość łyżki 4,2 m3 Wozidło technologiczne Komatsu HM400-5 Rok produkcji Masa załadunkowa Mg Moc silnika 348 kw Kruszarka udarowa Kleemann MR 130Z EVO 2 Rok produkcji Masa własna kg Moc silnika 356 kw Wydajność nominalna do 380 t/h Koparka Komatsu PC 490/LC-10 Rok produkcji Masa własna Mg Moc silnika 270 kw Wielkość łyżki 3,5 m3 * po kursie 1 EUR= 4,11 zł z dnia Koszt zużycia paliwa Koszt zakupu paliwa Koszt paliwa stanowi jeden z głównych elementów kosztowych analizy ekonomicznej procesu produkcji kruszyw. W analizie przyjęto uśredniony koszt zakupu paliwa (ON) dla wszystkich maszyn wynoszący 3,9 zł/l. Powyższa cena oparta jest na bazie ceny hurtowej zakupu paliwa w firmie PKN Orlen S.A. w okresie przeprowadzanych badań terenowych. 103

104 7.2.2 Zużycie paliwa na poszczególnych maszynach Poziom zużycia paliwa podczas pozyskiwania urobku określono na podstawie przeprowadzonych testów eksploatacyjnych opisanych w rozdziale 5. W przypadku pozostałych procesów technologicznych dokonano pomiaru poziomu konsumpcji paliwa na poszczególnych urządzeniach obsługujących proces produkcji kruszyw. Badanie polegało na ewidencji zużycia paliwa poszczególnych maszyn, biorących udział w pozostałych procesach produkcji, czyli: - ładowarki, - wozidła technologicznego, - koparki jednonaczyniowej, - kruszarki. W przypadku pracy ładowarki nie odnotowano znaczących różnic w zużyciu paliwa, a średnia jego konsumpcja wyniosła 20 litrów/h. Podobne wyniki zaobserwowano przy analizie energochłonności pracy wozideł technologicznych. Stopnień rozdrobnienia urobku nie wpływał też istotnie na ich zużycie paliwa. Wyniosło ono średnio 18 litrów/h. W tabeli 21 przedstawiono podsumowanie jednostkowego zużycia paliwa na poszczególnych maszynach w układzie technologicznym. Tab. 21. Jednostkowe zużycie paliwa na poszczególnych maszynach [opracowanie własne] Zużycie paliwa [ litr/h] Koparka +młot Koparka + zrywak Kombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Verneer Pozyskanie urobku Praca poszczegółnych technologii litr/h Pozostałe procesy technologiczne Praca ładowarki litr/h Praca wozidła technolologicznego litr/h Praca koparki litr/h Praca kruszarki litr/h Wyraźne różnice odnotowano natomiast podczas analizy zużycia paliwa kruszarki, co pokazano na rysunku 61 i 62. Najdrobniejszy surowiec uzyskany za pomocą frezowania kombajnem Wirtgen potwierdził najniższy poziom nakładów energetycznych na jego rozkruszenie. W tym wypadku średnie zużycie paliwa przez kruszarkę wyniosło 28 litrów/h. Z uwagi na podobieństwo krzywych składu ziarnowego urobku pochodzącego z kombajnu Wirtgen i Vermeer do dalszej analizy przyjęto zużycie paliwa na kruszarce, analogiczne jak dla kombajnu Wirtgen, czyli 28 litrów/h. 104

105 Rys. 61. Jednostkowe zużycie paliwa na poszczególnych układach technologicznych [opracowanie własne] Rys. 62. Jednostkowe zużycie paliwa na poszczególnych maszynach [opracowanie własne] Jak wynika z rysunku 61 i 62 największym jednostkowym zużyciem paliwa wykazują się kombajny frezujące Wirtgen i Vermeer, które wynosi ponad 85 litrów/h. Pozostałe sposoby mechanicznego urabiania skał węglanowych charakteryzują się zbliżonymi wielkościami około litrów/h. 105

106 [zł/mg] Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych Ponieważ jednostkowe zużycie paliwa nie jest pełnym wskaźnikiem energochłonności procesu urabiania, porównano także zużycie paliwa na 1 Mg urobionego surowca dla każdego badanego sposobu mechanicznego urabiania skał węglanowych. Wyniki tej analizy przedstawiono w tabeli 22, a formę graficzną na rysunku 63. Tab. 22. Zużycie paliwa na 1 Mg pozyskania urobku [opracowanie własne] Zużycie paliwa [ litr/h] Zużycie paliwa przy pozyskaniu surowca Wydajność Zużycie paliwa na 1 Mg produkcji Koparka +młot Koparka + zrywak Kombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Verneer litr/h Mg/h l/mg 0,66 0,49 0,45 0,55 0,27 0,70 0,66 0,60 0,50 0,49 0,45 0,55 0,40 0,30 0,27 0,20 0,10 0,00 Koparka +młot Koparka + zrywak Kombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Verneer Rys. 63. Graficzne zużycie paliwa na 1 Mg pozyskania urobku [opracowanie własne] Jak wynika z rysunku 63 najmniejsze jednostkowe zużycie paliwa na 1 Mg urobku odnotowano przy urabianiu kombajnami frezującymi, w szczególności kombajnem Vermeer, które wyniosło jedynie 0,27 litrów/mg. Wynikało to z dużej wydajności tej maszyny. Największą wartość uzyskano przy urabianiu skał węglanowych koparką z młotem hydraulicznym i wyniosła ona aż 0,66 l/mg urobku. Na tej podstawie można stwierdzić, że najbardziej energochłonnym procesem urabiania odznacza się młot hydrauliczny, następnie spycharka z osprzętem zrywakowym oraz zrywak wibracyjny. 106

107 7.3 Amortyzacja W celu określenia poziomu amortyzacji, w modelu ekonomicznym przejęto następujące założenia: - wszystkie maszyny i urządzenia przyjęto jako nowe oraz ich wartość zgodnie z tabelą 20, - przyjęto jednakowy okres amortyzacji dla wszystkich maszyn, wynoszący 60 miesięcy (5 lat). Na podstawie powyższych założeń został określony miesięczny koszt amortyzacji, a jej wartości zawarte są w tabeli 23. Tab. 23. Wartość amortyzacji dla wszystkich maszyn układu technologicznego [opracowanie własne] Amortyzacja maszyn urabiających Koparka +młot Koparka + zrywak Kombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Vermeer Wartość środka trwałego zł Okres amoryzacji m-c Koszt amortyzacji miesięczny zł Amortyzacja pozostałych maszyn Ładowarka Wozidło technolog Koparka Kruszarka Wartość środka trwałego zł Okres amoryzacji m-c Koszt amortyzacji miesięczny zł Jak wynika z tabeli 23. wartość amortyzacji bezpośrednio zależy od początkowej wartości maszyny (jako środka trwałego) oraz okresu amortyzacji tej maszyny. Przy założeniu jednakowego okresu amortyzacji każdej z maszyn, największą miesięczną amortyzacją odznaczają się kombajny frezujące Vermeer i Wirtgen (odpowiednio zł/m-c i zł/m-c), natomiast najmniejszą ładowarka ( zł/m-c). 7.4 Koszty serwisu i naprawy maszyn Poziom kosztów serwisu związanego z przeglądem maszyn oraz niezbędnych napraw został ustalony na podstawie zryczałtowanej stawki jako pochodna wartości maszyny. Na podstawie zgromadzonych ofert od dostawców tych maszyn przyjęto powyższe średnie koszty na poziomie: - serwis (Maintenance): 5%, - naprawy (Repair): 7%. 107

108 Powyższe stawki zastosowano do wszystkich maszyn i urządzeń wykorzystywanych w modelu ekonomicznym zgodnie z tabelą 24. Tab. 24. Koszt serwisu i napraw [ opracowanie własne] Koszty roczne Koszty miesięczne Nazwa maszyny Wartość maszyny Maintenance Repair M+R Łącznie M+R Łącznie zł 5% 7% 12% 12%/12 Zrywak hydrauliczny XR Młot hydrauliczny Atlas Copco EC Spycharka Komatsu Kombajn powierzchniowy Witgen Kombajn powierzchniowy Vermeer Ładowarka Komatsu WA z wagą Tamtron Wozidło technologiczne Komatsu HM Kruszarka udarowa Kleemann MR 130Z EVO Koparka Komatsu PC 490/LC Zgodnie z powyższą tabelą największy miesięczny koszt serwisu i napraw należy ponieść w przypadku kombajnu Vermeer i Wirtgen, który wynosi odpowiednio zł/m-c i zł/m-c. 7.5 Pozostałe koszty operacyjne Pozostałe koszty operacyjne nie ujęte w podrozdziałach 7.2, 7.3 i 7.4 zostały przyjęte zgodnie z tabelą 25. Tab. 25. Pozostałe koszty operacyjne [opracowanie własne] Rodzaj kosztu Koszt miesięczny zł wynagrodzenie operatora maszyn z narzutami 5000 wynagrodzenie dozoru górniczego inne świadczenia pracownicze 1500 koszt leasingu 0 ubezpieczenie majątku 2000 koszt wody 1000 lub 5000 koszt energii elektrycznej

109 Zgodnie z powyższą tabelą przyjęto następujące założenia: wynagrodzenie operatora jest jednakowe dla każdej analizowanej maszyny (koparki, ładowarki, spycharki, kombajnów frezujących) i wynosi 5000 zł (z uwzględnieniem narzutów z tytułu ZUS); wynagrodzenie dozoru górniczego przyjęto jako stałą kwotę w wysokości zł (składa się na nią koszt utrzymania dozoru górniczego tj. Kierownika Ruchu Zakładu Górniczego i sztygarów zmianowych); inne świadczenia pracownicze (m.in. koszty szkoleń BHP, badań lekarskich, dodatków socjalnych); ubezpieczenie majątku (dotyczy ograniczenia ryzyka od nieszczęśliwych wypadków budynków, budowli i pozostałej infrastruktury technicznej znajdującej się w wyrobisku); koszty wody (do celów socjalnych przyjęto 1000 zł, natomiast w przypadku zastosowania kombajnu frezującego Wirtgen oraz Vermeer rośnie on do 5000 zł/m-c, co jest związane z koniecznością zastosowania wody jako czynnika chłodzącego w tych maszynach); koszt energii elektrycznej (dotyczy zasilania budynków socjalnych oraz oświetlenia terenu zakładu górniczego). 7.6 Podsumowanie analizy ekonomicznej procesu urabiania Na podstawie przyjętych założeń kosztowych opisanych w rozdziale 7 został opracowany model ekonomiczny pozyskania surowca dla poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał. Szczegóły tej analizy przedstawiono w tabeli 26, natomiast objaśnienia do poszczególnych wyników w tabeli

110 Tab. 26. Analiza jednostkowych kosztów procesu urabiania [opracowanie własne] Koszty bezpośrednie w ujęciu miesięcznym Koparka +młot Koparka + zrywakkombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Vermeer 1 Założenia Ilość operatorów na zmianie produkcyjnej zestawu pojedyńczego szt Wynagrodzenie operatora z narzutami zł Ilość miesięcy pracy w ciągu roku Ilość roboczogodzin w miesiącu rbh/m-c Ilośc etatów po wyrównaniu zestawów maszyn etat/m-c Ilość zestawów maszyn Koszt uśredniony zakupu paliwa zł/1 litr ON 3,9 3,9 3,9 3,9 3,9 8 Zuzycie paliwa ( ON) przez zestaw pojedyńczy l/h Łączny koszt zakupu zestawu pojedyńczego zł Łączny koszt zakupu po wyrównaniu wydajności zł Koszty zmienne po wyrównaniu wydajności łącznie Materiały ( paliwo ), zł/m-c Energia zł/m-c inne ( woda) zł/m-c koszty stałe po wyrównaniu wydajności łącznie amortyzacja maszyn zł/m-c wynagrodzenia operatorów maszyn zł/m-c wynagrodzenie dozoru górniczego zł/m-c inne świadczenia pracownicze zł/m-c leasing zł/m-c ubezpieczenie majątku zł/m-c serwis i cześci zamienne zł/m-c koszty łącznie zł/m-c wydajność godzinowa pojedyńczego zestawu Mg/h wydajność miesięczna dla przyjętych zestawów maszyn Mg/h wydajność roczna dla przyjętych zestawów maszyn Mg/h koszt pozyskania 1 Mg surowca po wyrówaniu wydajności zł/mg 6,00 4,61 4,37 6,13 3,2 Tab. 27. Objaśnienia do analizy jednostkowych kosztów procesu urabiania [opracowanie własne] 1 przyjęto 1 operatora dla każdej pracującej maszyny za wyjątkiem kombanów powierzchniowych które wymagają obsady 2 osobowej. 2 wynagrodzenie operatora zgodnie z tabelą przyjęto pracę przez 12 m-cy w roku 4 przyjęto pracę dwuzmianową w ilości miesięcznej 280 rbh, co odpowiada 14 h/dzień 5 zgodnie z rys 6.2 ( wyrównanie wydajności maszyn) oraz uzwględnieniu pkt 1, uzyskuje łączną ilość miesięcznych etatów 6 ilość zestawów maszyn po wyrównaniu wydajności zgodnie zrys cena zakupu paliwa zgodnie z pkt zużycie paliwa zgodnie z rys koszt zakupu pojedyńczego zestawu maszyn zgodnie z tabelą wiersz 9 pomnożony przez wiersz suma wierszy od 13 do iloczyn wierszy: 8,7,6 i zgodnie z tabelą zgodnie z tabelą suma wierszy od 17 do zgodnie z rysunkiem 8.3 pomnożony przez wiersz zmiany produkcyjne pomnożone przez wiersz 2 i 6 19 zgodnie z tabelą zgodnie z tabelą zgodnie z tabelą zgodnie z tabelą suma wierszy 12 i zgodnie z tabelą iloczyn wierszy 4, 26, 6 28 iloczyn wierszy 27 oraz wiersz 25 podzielony przez 27. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urobienia 1 Mg surowca pokazano na rysunku

111 Kombajn Vermeer 3,2 Spycharka 6,13 Kombajn Wirtgen 4,37 Koparka + zrywak 4,61 Koparka +młot 6,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 [zł/mg] Rys. 64. Graficzna analiza jednostkowych kosztów procesu urabiania kopaliny [opracowanie własne] Na podstawie powyższej analizy można wysunąć następujące wnioski: o po wyrównaniu wydajności układów technologicznych do oczekiwanego poziomu około 190 Mg/h, łączne nakłady inwestycyjne na zakup zwielokrotnionych zestawów maszyn i urządzeń są na podobnym poziomie w przypadku następujących sposobów urabiania: młotami hydraulicznymi, spycharkami z osprzętem zrywakowym oraz kombajnem Vermeer i wynoszą około 5,3 mln zł, w pozostałych przypadkach jest to około 3,5 mln zł; o koszty zmienne urabiania zdecydowanie przeważają w wariancie koparka + młot hydrauliczny, jest to głównie związane z wysokim kosztem zużycia paliwa niezbędnym do obsługi aż 3 zestawów roboczych w celu osiągnięcia zakładanej wydajności; o największe koszty stałe urabiania występują w przypadku kombajnu frezującego Vermeer, co wiąże się z największym kosztem amortyzacji jako pochodnej ceny zakupu tej maszyny; o po zwielokrotnieniu zestawów maszyn urabiających uzyskano porównywalną wydajność miesięczną i roczną dla wszystkich sposobów urabiania, za wyjątkiem kombajnu frezującego Vermeer, w tym przypadku maszyna ta może urobić rocznie ponad 1 mln Mg surowca, wobec około 600 tys. Mg/rok dla pozostałych maszyn; 111

112 o występują znaczne różnice w jednostkowym koszcie urabiania kopaliny, najniższy jednostkowy koszt urabiania uzyskano przy zastosowaniu kombajnu frezującego Vermeer jedynie 3,2 zł/mg, a najwyższy podczas urabiania spycharką z osprzętem zrywakowym, koszt ten był prawie o 100% wyższy i wyniósł 6,13 zł/mg; o najniższy jednostkowy koszt urabiania dla kombajnu Vermeer wiąże się z nieproporcjonalnie dużą wydajnością tej maszyny, koszty stałe, pomimo ich bardzo wysokiego poziomu, na tle innych maszyn zostają podzielone na ilości Mg rocznej produkcji surowca; o z uwagi na przyjęte założenie wielkości produkcji dla analizowanego modelu technologicznego, wynoszące ok Mg/rok, wyniki urabiania z wykorzystaniem kombajnu Vermeer nie można wprost porównywać z pozostałymi maszynami. Powyższa analiza określiła poziom energochłonności urobienia 1 Mg surowca skalnego, pozyskanego ze złoża wapieni jurajskich Raciszyn. Uzyskane wyniki należy jednak traktować jedynie jako fragment procesu produkcji 1 Mg wyrobu gotowego, jakim jest kruszywo wapienne. Na tym etapie badań nie należy wysuwać jeszcze ostatecznych wniosków, gdyż urobek pozyskany przy wykorzystaniu różnych sposobów mechanicznego urabiania skał wykazywał różną krzywą składu ziarnowego. W wyniku obserwacji stopień rozdrobnienia urobku, a tym samym jego gęstość nasypowa może mieć wpływ na wielkość kosztów pozostałych procesów technologicznych, takich jak transport i kruszenie. Wielkość nadawy może zmieniać stopień wypełnienia skrzyni wozideł technologicznych oraz wydajność kruszarki. Dlatego też, w dalszej części pracy przeprowadzono analizę kosztową poszczególnych urządzeń biorących udział w pozostałym procesie produkcji kruszyw. 7.7 Model ekonomiczny pozostałych procesów technologicznych Na tym etapie pracy badawczej postawiono kilka podstawowych pytań: 112

113 Czy cechy fizyczne surowca pochodzącego z różnych sposobów mechanicznego urabiania skał będą miały wpływ na koszty eksploatacji pozostałych urządzeń zaangażowanych w proces produkcji kruszyw? Czy istnieje zależność pomiędzy badanym sposobem mechanicznego urabiania skał, a kosztami pracy ładowarki, koparki jednonaczyniowej bądź kruszarki, które obsługują pozostałe procesy technologiczne? Jak wydajność poszczególnych maszyn wpłynie na dobór i koszt pozostałych urządzeń biorących udział w procesie produkcji kruszyw? Dalsza analiza ekonomiczna wymagała więc określenia kosztów stałych i zmiennych przypisanych dla każdego urządzenia w jednostce czasu jakim był 1 miesiąc. A więc model ekonomiczny pozostałych procesów technologicznych produkcji kruszyw zawierał: - liczbę urządzeń do obsługi pozostałych procesów technologicznych, - liczbę operatorów do obsługi powyższych urządzeń (liczba etatów), - miesięczny czas pracy urządzenia: najczęściej 280 h (14 h dziennie), - jednostkowe zużycie paliwa na podstawie tabeli 21, - łączne koszty zużycia paliwa jako iloczyn: jednostkowego zużycia paliwa, czasu pracy maszyny, ceny zakupu paliwa oraz liczby maszyn, - amortyzację miesięczną zgodną z tabelą 23, - wynagrodzenia z narzutami zgodnie z tabelą 25, - koszt serwisu i części zamiennych zgodnie z tabelą Koszt pracy ładowarki Pierwszym etapem dalszego przetwarzania surowca, po urobieniu, jest jego załadunek na wozidła technologiczne przy wykorzystaniu ładowarki kołowej. W niniejszej analizie przyjęto ładowarkę Komatsu WA z wagą Tamtron. Analizę jednostkowego kosztu pracy ładowarki przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał przedstawiono w tabeli

114 Tab. 28. Analiza jednostkowego kosztu pracy ładowarki przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał [opracowanie własne] Koszty pracy ładowarki w ujęciu miesięcznym Koparka +młot Koparka + zrywak Kombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Vermeer Założenia : Ilość urządzeń - ładowarek Ilość etatów Miesięczny czas pracy urządzenia h Zużycie paliwa l/h koszty zmienne łącznie , , , ,0 koszt paliwa łącznie zł/m-c , , , ,0 koszty stałe łącznie , , , ,0 stałe jednostkowe amortyzacja zł/m-c , , , ,0 wynagrodzenia z narzutami zł/m-c , , , ,0 serwis, cześci zamienne zł/m-c , , , ,0 koszty łącznie zł/m-c , , , ,0 wydajność łączna pozyskania nadawy Mg/m-c , , , , ,0 koszt pracy ładowarki na 1 Mg surowca zł/mg 1,12 1,25-1,33 1,35 Do obsługi ładowania urobku pochodzącego z zastosowanych maszyn urabiających wykorzystać można jedną ładowarkę. Założono, że maszyna ta dokonywać może załadunku uzyskanej nadawy w ilości ok Mg na wozidła technologiczne w ciągu miesiąca. Wyjątek stanowi obsługa kombajnu frezującego Wirtgen, gdzie ładowarka nie musi być wykorzystywana. W tym przypadku załadunek urobku odbywać się może bezpośrednio na wozidła technologiczne. Czas efektywnej pracy ładowarki w miesiącu był jednakowy i wynosił 280 h. Koszty stałe i zmienne pozostały jednakowe przy każdym sposobie mechanicznego urabiania skał. Jednostkowy koszt pracy ładowarki wyniósł więc od 1,12 do 1,35 zł/mg. Różnice te wynikają z różnej wydajności ładowania urobku przy współpracy z analizowanymi maszynami urabiającymi. Można zatem uznać, że wybór technologii urabiania wpływa na koszt tego procesu technologicznego Koszt pracy wozidła technologicznego W trakcie analizy, dla obsługi logistycznej procesu dostarczenia urobku do kruszarki zostały wykorzystane wozidła technologiczne marki Komatsu. Należy zauważyć, że w przypadku obsługi kombajnu frezującego Wirtgen, z uwagi na bezpośredni załadunek urobku na wozidła technologiczne oraz konieczność utrzymania ciągłości procesu istnieje konieczność zastosowania 3 wozideł technologicznych. Przy tym sposobie mechanicznego urabiania skał niezbędne jest wprowadzenie dodatkowego wozidła oczekującego na załadunek. Badanie zużycia paliwa dla wozidła wykazało poziom 18 litrów/h dla obsługi każdej z badanych maszyn. Do transportu urobku z kombajnu 114

115 frezującego Vermeer, z uwagi na jego dużą wydajność, przyjęto do analizy 4 wozidła, a w pozostałych przypadkach 2 sztuki. Długość trasy transportowej w testach eksploatacyjnych pomiędzy miejscem załadunku urobku, a kruszarką wynosiła 1,5 km. Analizę jednostkowego kosztu pracy wozideł technologicznych przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał przedstawiono w tabeli 29. Tab. 29. Analiza jednostkowego kosztu pracy wozidła technologicznego przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał [opracowanie własne] Koszty pracy wozidła w ujęciu miesięcznym Koparka +młot Koparka + zrywak Kombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Vermeer Założenia : Ilość urządzeń - wozideł technologicznych Ilość etatów Miesięczny czas pracy urządzenia h Zużycie paliwa l/h koszty zmienne łącznie , , , , ,0 koszt paliwa łącznie zł/m-c , , , , ,0 koszty stałe łącznie , , , , ,0 stałe jednostkowe amortyzacja zł/m-c , , , , ,0 wynagrodzenia z narzutami zł/m-c , , , , ,0 serwis, cześci zamienne zł/m-c , , , , ,0 koszty łącznie zł/m-c , , , , ,0 wydajność łączna pozyskania nadawy Mg/m-c , , , , ,0 koszt pracy wozidła na 1 Mg surowca zł/mg 2,81 3,15 4,26 3,34 3,41 Koszty jednostkowe, zarówno stałe jak i zmienne, były powiązane z liczbą niezbędnych do zastosowanych wozideł technologicznych. Nie zaobserwowano w tym przypadku istotnych zależności pomiędzy stopniem rozdrobnienia urobku, a kosztem jego transportu do kruszarki. W rezultacie przeprowadzonej analizy jednostkowy koszt transportu urobku był najniższy przy transporcie urobku pochodzącego z zestawu maszyn: koparka + młot hydrauliczny i wyniósł 2,81 zł/mg. Najwyższy jego poziom odnotowano przy obsłudze kombajnu Wirtgen i osiągnął on 4,26 zł/mg. Było to efektem konieczności zastosowania dodatkowego wozidła do obsługi transportu urobku z tej maszyny w porównaniu do pozostałych maszyn urabiających wykorzystanych w testach eksploatacyjnych na złożu wapieni jurajskich Raciszyn. 115

116 7.7.3 Koszt pracy koparki jednonaczyniowej W badanym procesie produkcji kruszyw, koparka jednonaczyniowa współpracuje z kruszarką udarową i bezpośrednio ładuje przetransportowany urobek na podajnik kruszarki. Jednostkowe koszty pracy tej koparki były powiązane jedynie z obsługą kruszarki, czyli z czasem jej pracy. W przypadku urobku pochodzącego z kombajnów frezujących, kruszarka pracowała jedynie 240 h. W pozostałych przypadkach było to 280 h. Szczegóły tego założenia zostały dokładniej opisane w podrozdziale Analizę jednostkowego kosztu pracy koparki jednonaczyniowej przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał przedstawiono w tabeli 30. Tab. 30. Analiza jednostkowego kosztu pracy koparki jednonaczyniowej przy obsłudze poszczególnych sposób mechanicznego urabiania skał [opracowanie własne] Koszty pracy koparki w ujęciu miesięcznym Koparka +młot Koparka + zrywak Kombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Vermeer Założenia : Ilość urządzeń - koparek Ilość etatów Miesięczny czas pracy urządzenia h Zużycie paliwa l/h koszty zmienne łącznie , , , , ,0 koszt paliwa łącznie zł/m-c , , , , ,0 koszty stałe łącznie , , , , ,0 stałe jednostkowe amortyzacja zł/m-c , , , , ,0 wynagrodzenia z narzutami zł/m-c , , , , ,0 serwis, cześci zamienne zł/m-c koszty łącznie zł/m-c , , , , ,0 wydajność łączna pozyskania nadawy Mg/m-c , , , , ,0 koszt pracy koparki na 1 Mg surowca zł/mg 1,10 1,24 1,04 1,31 1,25 Jak przedstawiono w tabeli 30 jednostkowe koszty pracy koparki jednonaczyniowej są zależne od zastosowanego sposobu mechanicznego urabiania skał. Był on najmniejszy w przypadku załadunku urobku pochodzącego z kombajnu frezującego Wirtgen i wyniósł 1,04 zł/mg, a największy dla urobku pochodzącego ze spycharki 1,31 zł/mg. 116

117 7.7.4 Koszt pracy kruszarki Podczas testów eksploatacyjnych maszyn urabiających na złożu wapieni jurajskich Raciszyn przeprowadzono również analizę pracy kruszarki. Analiza ta polegała na pomiarze dwóch parametrów: - wydajności kruszarki, - zużycia paliwa kruszarki. Zaobserwowano przy tym znaczną zależność pomiędzy kosztami pracy kruszarki a składem ziarnowym urobku pochodzącego z różnych maszyn urabiających. W przypadku urobku o znacznym rozdrobnieniu pochodzącym z pracy kombajnu frezującego Wirtgen, średnia wydajność kruszarki była wyższa, co umożliwiło ograniczenie czasu jej pracy do 240 h/m-c. Zużycie paliwa przy tym również było mniejsze i wyniosło 28 litrów/h. Podobne wyniki produkcyjne przyjęto w modelu ekonomicznym dla kruszenia urobku pochodzącego z kombajnu frezującego Vermeer. Dla pozostałych sposobów mechanicznego urabiania skał, z których urobek charakteryzował się mniejszym rozdrobnieniem (tj. z młota hydraulicznego, zrywaka wibracyjnego oraz spycharki z osprzętem zrywakowym) odnotowano obniżenie wydajności kruszarki oraz wzrost zużycia paliwa. W efekcie, średnie zaangażowanie pracy kruszarki wyniosło 280 h/m-c, przy zużyciu paliwa 31 litrów/h. Analizę jednostkowego kosztu pracy kruszarki przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał przedstawiono w tabeli

118 Tab. 31. Analiza jednostkowego kosztu pracy kruszarki przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał [opracowanie własne] Koszty pracy kruszarki w ujęciu miesięcznym Koparka +młot Koparka + zrywak Kombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Vermeer Założenia : Ilość urządzeń - kruszarek Ilość etatów Miesięczny czas pracy urządzenia h Zużycie paliwa l/h koszty zmienne łącznie , , , , ,0 koszt paliwa łącznie zł/m-c , , , , ,0 koszty stałe łącznie , , , , ,0 stałe jednostkowe amortyzacja zł/m-c , , , , ,0 wynagrodzenia z narzutami zł/m-c serwis, cześci zamienne zł/m-c , , , , ,0 koszty łącznie zł/m-c , , , , ,0 wydajność łączna pozyskania nadawy Mg/m-c , , , , ,0 koszt pracy kruszarki na 1 Mg surowca zł/mg 1,94 2,18 1,80 2,26 2,16 Jak wynika z tabeli 31 jednostkowy koszt pracy kruszarki jest zmienny dla każdego z zastosowanych sposobów mechanicznego urabiania skał. Większy stopień rozdrobnienia urobku nie tylko wpływa na wyższą wydajność procesu kruszenia, ale również zmniejsza jednostkową konsumpcję paliwa przez kruszarkę. W efekcie powyższej analizy najniższy jednostkowy koszt kruszenia uzyskano przy urobku pochodzącym z kombajnu frezującego Wirtgen, który wyniósł 1,80 zł/mg, natomiast najwyższy koszt osiągnięto dla spycharki z osprzętem zrywakowym: 2,26 zł/mg. 7.8 Podsumowanie modelu ekonomicznego Model ekonomiczny pozyskania kruszywa wapiennego został oparty na założeniu uwzględnienia wszystkich kosztów poszczególnych procesów w podziale na dwa etapy: - pozyskania surowca przy wykorzystaniu poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał, - pozostałych operacji technologicznych niezbędnych do wytworzenia kruszywa o frakcji 0-31,5 mm. W tabeli 32 przedstawiono podsumowanie modelu ekonomicznego po uwzględnieniu wszelkich kosztów poszczególnych procesów, czyli kosztów urabiania oraz kosztów pracy pozostałych urządzeń. Forma graficzna została zaprezentowana na rysunku

119 [zł/mg] Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych Tab. 32. Zbiorcze zestawienie kosztów procesu produkcji kruszywa [opracowanie własne] Zbiorcze zestawienia kosztów pozyskania 1 Mg kruszywa dla poszczególnych metod nazwa rodzaj procesu Koparka +młot Koparka + zrywak Kombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Vermeer Koszt procesu pozyskania surowca 6,00 4,61 4,37 6,13 3,18 Ładowarka załadunek surowca na wozidło 1,12 1,25 0,00 1,33 1,35 Wozidło transport urobku do kruszarki 2,81 3,15 4,26 3,34 3,41 Koparka załadunek surowca na kruszarki 1,10 1,24 1,04 1,31 1,25 Kruszarka kruszenie surowca do postaci kruszywa 1,94 2,18 1,80 2,26 2,16 Koszty łączne [zł/1 Mg] 12,98 12,42 11,48 14,37 11,35 16,00 14,00 12,00 12,98 12,42 11,48 14,37 11,35 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Koparka +młot Koparka + zrywakkombajn Wirtgen Spycharka Kombajn Vermeer Rys. 65. Zbiorcze zestawienie całkowitych kosztów pozyskania kruszywa w formie graficznej [opracowanie własne] Na podstawie otrzymanych wyników analizy ekonomicznej można stwierdzić, że łączne koszty produkcji kruszywa wykazują zbliżony poziom dla poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał, za wyjątkiem spycharki z osprzętem zrywakowym. W tym przypadku koszt ten wyniósł 14,37 zł/mg i był on wyższy o około 2 zł/mg w stosunku do pozostałych sposobów. Główną tego przyczyną była wysoka energochłonność procesu urabiania za pomocą tej maszyny. Natomiast najniższy koszt wykazał układ technologiczny z wykorzystaniem kombajnów frezujących Wirtgen i Vermeer. Dla technologii z użyciem kombajnu Wirtgen koszt ten wyniósł 11,48 zł/mg uzyskanego kruszywa. Było to możliwe dzięki wyeliminowaniu pracy ładowarki oraz dużemu rozdrobnieniu urobku przez samą maszynę urabiającą, co przełożyło się na stosunkowo niskie koszty kruszenia. W przypadku kombajnu Vermeer, z uwagi za znacznie większą wydajność procesu produkcji kruszyw w stosunku do przyjętych założeń oraz do wydajności pozostałych maszyn urabiających, wyników na tym etapie analizy nie można wprost porównywać. 119

120 W dalszej części pracy zostały poddane analizie techniczno-ekonomicznej wszystkie badane sposoby mechanicznego urabiania skał przy zmiennej produkcji rocznej. Poziom produkcji kruszyw został określony jako wielokrotność wydajności pojedynczego zestawu. 120

121 8. Model techniczno-ekonomiczny dla zmiennej produkcji rocznej 8.1 Założenia przyjęte do przygotowania modelu Celem niniejszej analizy było zbadanie wpływu zmiany wydajności każdego sposobu mechanicznego urabiania skał węglanowych na finalny koszt produkcji kruszywa. W tym celu zostały zwielokrotnione układy maszynowe do urabiania kopaliny, tak, aby zakres rocznej produkcji wyniósł maksymalnie 1,5 2,0 mln Mg. Zakres zwielokrotnienia poszczególnych układów technologicznych został dobrany w sposób najbardziej prawdopodobny w praktyce górniczej tak, aby pozwolił on dokonać analizy parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw bez konieczności zmiany maszyn wykorzystywanych w testach eksploatacyjnych. Jednym z podstawowych zagadnień w analizowanym modelu był prawidłowy dobór liczby maszyn w zależności od zmieniającej się wielkości rocznej produkcji kruszyw. Na podstawie osiąganych wydajności oraz czasów pracy poszczególnych maszyn, w analizie przyjęto następujące założenia: 1. Dobór liczby ładowarek dla wybranych zakresów produkcji rocznej: - do 700 tys. Mg/rok: 1 ładowarka tys. Mg/rok: 2 ładowarki tys. Mg/rok: 3 ładowarki 2. Dobór liczby wozideł technologicznych dla zakresów produkcji rocznej: - do 300 tys. Mg/rok: 1 wozidło tys. Mg/rok: 2 wozidła tys. Mg/rok: 3 wozidła tys. Mg/rok: 4 wozidła tys. Mg/rok: 5 wozideł 3. Dobór liczby zestawów kruszących (koparka jednonaczyniowa i kruszarka) dla wybranych zakresów produkcji rocznej [tys. Mg]: - do 900 tys. Mg/rok: 1 zestaw 121

122 tys. Mg/rok: 2 zestawy - powyżej 1800 tys. Mg/rok: 3 zestawy. W kolejnych podrozdziałach dokonano analizy parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw przy założeniu zmieniającej się rocznej zdolności wydobywczej dla każdego z badanych sposobów mechanicznego urabiania skał. 8.2 Model techniczno-ekonomiczny dla koparki jednonaczyniowej z młotem hydraulicznym W trakcie testów eksploatacyjnych na złożu wapieni jurajskich Raciszyn określone zostały parametry pracy koparki z młotem hydraulicznym w zakresie jego wydajności wynoszącej 65 Mg/h. Wyniki testów eksploatacyjnych tego sposobu urabiania szczegółowo przedstawiono w rozdziale W przypadku układu technologicznego z zastosowaniem koparki z młotem hydraulicznym, w jego skład może wejść od jednego, do aż sześciu zestawów roboczych. W efekcie uzyska się układ technologiczny z górną granicą wydajności wynoszącą 390 Mg/h, czyli Mg produkcji rocznej. Wszystkie parametry kosztów stałych i zmiennych zostały przyjęte zgodnie z przeprowadzoną analizą i podsumowaniem zamieszczonym w rozdziale 7 i pokazane w tabeli 32. Analiza ta, wykazała stopniowe obniżanie jednostkowych kosztów urabiania wraz ze wzrostem zdolności wydobywczej z poziomu 6,75 zł/mg (dla wydobycia rocznego 218,4 tys. Mg), do 5,85 zł/mg (dla wydobycia rocznego 1310,4 tys. Mg). 122

123 Tab. 33. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą koparek jednonaczyniowych z młotami hydraulicznymi przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Koszty bezpośrednie w ujęciu miesięcznym Koparka +młot Założenia Wynagrodzenie operatora z narzutami zł Ilość miesięcy pracy w ciągu roku Ilość roboczogodzin w miesiącu rbh/m-c Ilośc etatów łącznie etat/m-c Ilość zestawów maszyn szt Koszt uśredniony zakupu paliwa zł/1 litr ON 3,90 3,90 3,90 3,90 3,90 3,90 Zuzycie paliwa ( ON) przez zestaw pojedyńczy l/h Koszty zmienne łącznie Materiały ( paliwo ) zł/m-c Energia zł/m-c inne ( woda) zł/m-c koszty stałe po wyrównaniu wydajności łącznie amortyzacja łączna zł/m-c wynagrodzenia operatorów maszyn zł/m-c wynagrodzenie dozoru górniczego zł/m-c inne świadczenia pracownicze zł/m-c leasing zł/m-c ubezpieczenie majątku zł/m-c serwis i cześci zamienne zł/m-c koszty łącznie miesięczne zł/m-c wydajność przyjętych zestawów maszyn Mg/h wydajność roczna dla przyjętych zestawów maszyn Mg/rok koszt pozyskania 1 Mg surowca zł/mg 6,75 6,19 6,00 5,91 5,85 5,82 Następnie, w tabeli 33 dokonano określenia kosztów pozostałych procesów technologicznych przy założeniu zwielokrotnienia układów maszynowych. Przyjęto założenie doboru liczby pozostałych urządzeń oraz kosztów ich pracy na podstawie analiz przeprowadzonych w rozdziale 7. Wyniki analizy w formie graficznej przedstawiono na rysunku 66. Tab. 34. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem koparki z młotem hydraulicznym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Założenia Ilość zestawów maszyn urabiających szt Wydajność godzinowa zestawów maszyn Mg/h Wydajność miesięczna zestawów maszyn Mg/m-c Wydajność roczna zestawów maszyn Mg/rok Ilość ładowarek szt Ilość wozideł technologicznych szt Ilość kruszarek szt Ilość koparek szt Koszt łączny pracy ładowarek zł/mg 3,35 1,67 1,12 1,67 1,34 1,12 pracy wozideł technologicznych zł/mg 4,22 4,22 2,81 3,16 3,38 2,81 pracy kruszarek zł/mg 5,83 2,92 1,94 1,46 2,33 1,94 pracy koparek zł/mg 3,31 1,65 1,10 0,75 2,33 1,00 Koszt łączny dla pracy maszyn pozostałych zł/mg 16,71 10,46 6,97 7,05 9,38 6,87 koszł łączny dla pracy maszyn urabiających zł/mg 6,75 6,19 6,00 5,91 5,85 5,82 Koszt całkowity zł/mg 23,46 16,65 12,98 12,96 15,23 12,69 123

124 [zł/mg] Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych Rys. 66. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem koparki jednonaczyniowej z młotem hydraulicznym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Powyższa analiza określiła najbardziej optymalny kosztowo zakres wydajności rocznej dla urabiania z zastosowaniem koparki jednonaczyniowej z młotem hydraulicznym i przy zastosowaniu pozostałych maszyn zdefiniowanych w rozdziale nr 7.1. Zastosowanie trzech, czterech oraz sześciu zestawów roboczych jest najkorzystniejsze, a poziom jednostkowych kosztów produkcji kruszywa wynosi około 13 zł/mg. W pozostałych przypadkach zastosowanie zestawów kruszących jest w mniejszym stopniu wykorzystane, czego skutkiem jest wzrost jednostkowych kosztów produkcji. 8.3 Model techniczno-ekonomiczny dla koparki jednonaczyniowej ze zrywakiem wibracyjnym Analogicznie do poprzedniej analizy z rozdziału 8.2 wykonany został model techniczno-ekonomiczny przy zmiennej rocznej produkcji dla urabiania koparką ze zrywakiem wibracyjnym. W tym przypadku zwiększenie rocznej produkcji kruszyw spowodowało konieczność zastosowania od jednego do sześciu zestawów roboczych. 124

125 Uzyskany w ten sposób przedział produkcji wyniósł od 292,3 tys. Mg/rok do 1 753,9 Mg/rok. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą koparki jednonaczyniowej ze zrywakiem wibracyjnym przedstawiono w tabeli 35. Tab. 35. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą koparki jednonaczyniowej ze zrywakiem wibracyjnym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Koszty bezpośrednie w ujęciu miesięcznym Koparka + zrywak Założenia Wynagrodzenie operatora z narzutami zł Ilość miesięcy pracy w ciągu roku Ilość roboczogodzin w miesiącu rbh/m-c Ilośc etatów łącznie etat/m-c Ilość zestawów maszyn szt Koszt uśredniony zakupu paliwa zł/1 litr ON 3,90 3,90 3,90 3,90 3,90 3,90 Zuzycie paliwa ( ON) przez zestaw pojedyńczy l/h Koszty zmienne łącznie Materiały ( paliwo ) zł/m-c Energia zł/m-c inne ( woda) zł/m-c koszty stałe po wyrównaniu wydajności łącznie amortyzacja łączna zł/m-c wynagrodzenia operatorów maszyn zł/m-c wynagrodzenie dozoru górniczego zł/m-c inne świadczenia pracownicze zł/m-c leasing zł/m-c ubezpieczenie majątku zł/m-c serwis i cześci zamienne zł/m-c koszty łącznie miesięczne zł/m-c wydajność przyjętych zestawów maszyn Mg/h wydajność roczna dla przyjętych zestawów maszyn Mg/rok koszt pozyskania 1 Mg surowca zł/mg 5,03 4,61 4,47 4,40 4,36 4,35 Jak wynika z tabeli 35, jednostkowy koszt urabiania jest zależny od ilości urobionej kopaliny. Wraz ze wzrostem zdolności wydobywczej koszt ten maleje z poziomu 5,03 zł/mg (dla wydobycia rocznego 292,3 tys. Mg) do 4,35 zł/mg (dla wydobycia rocznego 1753,9 tys. Mg). Następnie przeanalizowano koszty pozostałych procesów technologicznych z zastosowaniem koparki jednonaczyniowej ze zrywakiem wibracyjnym (tabela 36). Wyniki zbiorcze przedstawiono na rysunku

126 [zł/mg] Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych Tab. 36. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem koparki jednonaczyniowej ze zrywakiem wibracyjnym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Założenia Ilość zestawów maszyn urabiających szt Wydajność godzinowa zestawów maszyn Mg/h Wydajność miesięczna zestawów maszyn Mg/m-c Wydajność roczna zestawów maszyn Mg/rok Ilość ładowarek szt Ilość wozideł technologicznych szt Ilość kruszarek szt Ilość koparek szt Koszt łączny pracy ładowarek zł/mg 2,50 1,25 1,67 1,25 1,50 1,25 pracy wozideł technologicznych zł/mg 3,15 3,15 3,15 3,15 3,15 3,15 pracy kruszarek zł/mg 4,36 2,18 1,45 2,18 1,74 1,45 pracy koparek zł/mg 2,47 1,24 0,82 1,24 0,99 0,82 Koszt łączny dla pracy maszyn pozostałych zł/mg 12,48 7,82 7,09 7,82 7,38 6,68 koszł łączny dla pracy maszyn urabiających zł/mg 5,03 4,61 4,47 4,40 4,36 4,35 Koszt całkowity zł/mg 17,51 12,42 11,56 12,21 11,74 11,03 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00-12,48 7,82 7,09 7,82 7,38 6,68 5,03 4,61 4,47 4,40 4,36 4, wydajnosć roczna w Mg dla pracy maszyn urabiających dla pracy maszyn pozostałych Rys. 67. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem koparki jednonaczyniowej ze zrywakiem wibracyjnym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] W przypadku zastosowania układu wydobywczego z zastosowaniem zrywaka wibracyjnego zwiększenie rocznej produkcji kruszyw wpływa na stopniowe obniżenie jednostkowego kosztu produkcji. Przy zastosowaniu sześciu zestawów urabiających uzyskano najniższy koszt wynoszący 11,03 zł/mg, natomiast dla pojedynczego zestawu było to już 17,51 zł/mg. Podobnie jak w poprzedniej analizie, największy wpływ na ten koszt ma praca kruszarki, której wydajność w przypadku pojedynczego zestawu nie jest w pełni wykorzystywana. 126

127 8.4 Model techniczno-ekonomiczny dla kombajnu frezującego Wirtgen Testy eksploatacyjne kombajnu frezującego Wirtgen przeprowadzone na złożu wapieni jurajskich Raciszyn wykazały wyższy poziom wydajności tej maszyny na tle pozostałych sposobów mechanicznego urabiania skał. W tym przypadku przyjęto do dalszych analiz wydajność produkcyjną na poziomie 193 Mg/h. W prezentowanym modelu, przy zmiennym poziomie produkcji rocznej przyjęto jeden, dwa oraz trzy zestawy robocze. W efekcie zakres analizowanych produkcji rocznych obejmował od 648,5 tys. Mg/rok do 1 945,4 tys. Mg/rok. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą kombajnu frezującego Wirtgen przy zmiennej produkcji rocznej pokazano w tabeli 37. Tab. 37. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą kombajnu frezującego Wirtgen przy zmiennej wielkości produkcji rocznej [opracowanie własne] Koszty bezpośrednie w ujęciu miesięcznym Kombajn Wirtgen Założenia Wynagrodzenie operatora z narzutami zł Ilość miesięcy pracy w ciągu roku Ilość roboczogodzin w miesiącu rbh/m-c Ilośc etatów łącznie etat/m-c Ilość zestawów maszyn szt Koszt uśredniony zakupu paliwa zł/1 litr ON 3,90 3,90 3,90 Zuzycie paliwa ( ON) przez zestaw pojedyńczy l/h Koszty zmienne łącznie Materiały ( paliwo ) zł/m-c Energia zł/m-c inne ( woda) zł/m-c koszty stałe po wyrównaniu wydajności łącznie amortyzacja łączna zł/m-c wynagrodzenia operatorów maszyn zł/m-c wynagrodzenie dozoru górniczego zł/m-c inne świadczenia pracownicze zł/m-c leasing zł/m-c ubezpieczenie majątku zł/m-c serwis i cześci zamienne zł/m-c koszty łącznie miesięczne zł/m-c wydajność przyjętych zestawów maszyn Mg/h wydajność roczna dla przyjętych zestawów maszyn Mg/rok koszt pozyskania 1 Mg surowca zł/mg 4,18 4,00 3,94 Analiza kosztów urabiania kopaliny pokazała niewielkie, ale stopniowe ich obniżenie wraz ze wzrostem rocznej wielkości produkcji od poziomu 4,18 zł/mg do 3,94 zł/mg. 127

128 [zł/mg] Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych W tabeli 38 zaprezentowano koszty pozostałych operacji technologicznych, natomiast na rysunku 68 przedstawiono formę graficzną jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu frezującego Wirtgen przy zmiennej wielkości produkcji. Tab. 38. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu frezującego Wirtgen przy zmiennej wielkości produkcji [opracowanie własne] Założenia Ilość zestawów maszyn urabiających szt Wydajność godzinowa zestawów maszyn Mg/h Wydajność miesięczna zestawów maszyn Mg/m-c Wydajność roczna zestawów maszyn Mg/rok Ilość ładowarek szt Ilość wozideł technologicznych szt Ilość kruszarek szt Ilość koparek szt Koszt łączny pracy ładowarek zł/mg pracy wozideł technologicznych zł/mg 4,26 3,55 3,32 pracy kruszarek zł/mg 1,80 1,80 1,80 pracy koparek zł/mg 1,04 1,04 1,11 Koszt łączny dla pracy maszyn pozostałych zł/mg 7,11 6,40 6,23 koszł łączny dla pracy maszyn urabiających zł/mg 4,18 4,00 3,94 Koszt całkowity zł/mg 11,29 10,40 10,17 Rys. 68. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu frezującego Wirtgen przy zmiennej wielkości produkcji [opracowanie własne] Powyższą analizę techniczno-ekonomiczną z zastosowaniem kombajnu frezującego Wirtgen przeprowadzono w trzech wariantach. Wykazała ona porównywalne koszty jednostkowe na w przedziale od 10,17 zł/mg do 11,29 zł/mg. A 128

129 więc zwiększenie rocznej produkcji kruszyw w tym przypadku nie wpływa znacząco na obniżenie ich jednostkowych kosztów produkcji. 8.5 Model techniczno-ekonomiczny dla kombajnu frezującego Vermeer Kolejną analizę parametrów techniczno-ekonomicznych przy zmiennej produkcji rocznej przeprowadzono dla układu wydobywczego z wykorzystaniem kombajnu frezującego Vermeer. Wydajność powyższej maszyny, szczegółowo opisanej w rozdziale 5.5, znacznie przekraczała wydajności pozostałych maszyn urabiających. Dlatego też, dopiero na etapie analizy zmiennej wydajności badanych metod, wyniki badań kombajnu Vermeer będzie można porównać z pozostałymi. W prezentowanym modelu zastosowano wariant jednego i dwóch zestawów roboczych, a uzyskana przy tym roczna produkcja kruszyw była w przedziale od 1081,9 tys. Mg do maksymalnej 2163,8 tys. Mg. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą kombajnu frezującego Vermeer przy zmiennej produkcji rocznej przedstawiono w tabeli

130 Tab. 39. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą kombajnu frezującego Vermeer przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Koszty bezpośrednie w ujęciu miesięcznym Kombajn Vermeer Założenia Wynagrodzenie operatora z narzutami zł Ilość miesięcy pracy w ciągu roku Ilość roboczogodzin w miesiącu rbh/m-c Ilośc etatów łącznie etat/m-c 2 4 Ilość zestawów maszyn szt. 1 2 Koszt uśredniony zakupu paliwa zł/1 litr ON 3,90 3,90 Zuzycie paliwa ( ON) przez zestaw pojedyńc l/h Koszty zmienne łącznie Materiały ( paliwo ) zł/m-c Energia zł/m-c inne ( woda) zł/m-c koszty stałe po wyrównaniu wydajności łącznie amortyzacja łączna zł/m-c wynagrodzenia operatorów maszyn zł/m-c wynagrodzenie dozoru górniczego zł/m-c inne świadczenia pracownicze zł/m-c leasing zł/m-c - - ubezpieczenie majątku zł/m-c serwis i cześci zamienne zł/m-c koszty łącznie miesięczne zł/m-c wydajność przyjętych zestawów maszyn Mg/h wydajność roczna dla przyjętych zestawów maszyn Mg/rok koszt pozyskania 1 Mg surowca zł/mg 3,18 3,07 Jednostkowy koszt urabiania kopaliny w obu wariantach zdolności wydobywczej okazał się bardzo zbliżony i wyniósł odpowiednio: 3,18 zł/mg dla pojedynczego zestawu, oraz 3,07 zł/mg dla dwóch zestawów maszyn. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania, uzupełnionych o jednostkowe koszty pozostałych procesów technologicznych przy zmiennej produkcji rocznej prezentuje tabela

131 [zł/mg] Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych Tab. 40. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu Vermeer przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Założenia Ilość zestawów maszyn urabiających szt 1 2 Wydajność godzinowa zestawów maszyn Mg/h Wydajność miesięczna zestawów maszyn Mg/m-c Wydajność roczna zestawów maszyn Mg/rok Ilość ładowarek szt 2 4 Ilość wozideł technologicznych szt 4 8 Ilość kruszarek szt 2 3 Ilość koparek szt 2 3 Koszt łączny pracy ładowarek zł/mg 1,35 1,35 pracy wozideł technologicznych zł/mg 3,41 3,41 pracy kruszarek zł/mg 2,16 1,62 pracy koparek zł/mg 1,25 0,94 Koszt łączny dla pracy maszyn pozostałych zł/mg 8,17 7,32 koszł łączny dla pracy maszyn urabiających zł/mg 3,18 3,07 Koszt całkowity zł/mg 11,35 10,39 Analiza jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu frezującego Vermeer wykazała ich spadek przy dwóch zestawach roboczych do poziomu 10,39 zł/mg. W tym przypadku zmniejszenie kosztów produkcji kruszyw było spowodowane bardziej efektywnym wykorzystaniem pracy kruszarek przy większej (podwojonej) wydajności urabiania. Rys. 69. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu Vermeer przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] 131

132 8.6 Model techniczno-ekonomiczny dla spycharki z osprzętem zrywakowym Ostatnim sposobem mechanicznego urabiania skał poddanym analizie w niniejszym rozdziale była produkcja kruszyw przy użyciu spycharki z osprzętem zrywakowym. Podczas analizy zmiennej rocznej produkcji zastosowano od jednego do sześciu zestawów roboczych, co znalazło przełożenie na zakres badanego poziomu produkcji wynoszący od 275,5 tys. Mg do 1 653,1 tys. Mg. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą spycharki z osprzętem zrywakowym przy zmiennej produkcji rocznej przedstawiono w tabeli

133 Tab. 41. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą spycharki z osprzętem zrywakowym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Koszty bezpośrednie w ujęciu miesięcznym Spycharka z osprzętem zrywakowym Założenia Wynagrodzenie operatora z narzutami zł Ilość miesięcy pracy w ciągu roku Ilość roboczogodzin w miesiącu rbh/m-c Ilośc etatów łącznie etat/m-c Ilość zestawów maszyn szt Koszt uśredniony zakupu paliwa zł/1 litr ON 3,90 3,90 3,90 3,90 3,90 3,90 Zuzycie paliwa ( ON) przez zestaw pojedyńczy l/h Koszty zmienne łącznie Materiały ( paliwo ) zł/m-c Energia zł/m-c inne ( woda) zł/m-c koszty stałe po wyrównaniu wydajności łącznie amortyzacja łączna zł/m-c wynagrodzenia operatorów maszyn zł/m-c wynagrodzenie dozoru górniczego zł/m-c inne świadczenia pracownicze zł/m-c leasing zł/m-c ubezpieczenie majątku zł/m-c serwis i cześci zamienne zł/m-c koszty łącznie miesięczne zł/m-c wydajność przyjętych zestawów maszyn Mg/h wydajność roczna dla przyjętych zestawów maszyn Mg/rok koszt pozyskania 1 Mg surowca zł/mg 6,57 6,13 5,98 5,90 5,86 5,86 Jak wynika z tabeli 41 jednostkowy koszt urabiania w tym przypadku wykazał najwyższy poziom przy pojedynczym zestawie (6,57 zł/mg), oraz nieco niższy przy trzech do sześciu zestawów (około 5,90 zł/mg). W kolejnej w tabeli 42 przedstawiono analizę jednostkowych kosztów produkcji kruszyw przy zmiennej wielkości produkcji. Analiza ta wykazała istotną różnicę w jednostkowych kosztach pozostałych operacji technologicznych. Szczególna wrażliwość kosztów pracy zestawu kruszącego na ilość podanej nadawy znalazła swoje odzwierciedlenie w przypadku tego układu technologicznego. W efekcie, dla pojedynczego zestawu maszyn urabiających, jednostkowy koszt produkcji kruszywa wyniósł 19,72 zł/mg, natomiast dla produkcji z wykorzystaniem sześciu zestawów jedynie 12,91 zł/mg. 133

134 [zł/mg] Analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych Tab. 42. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem spycharki z osprzętem zrywakowym przy zmiennej wielkości produkcji [opracowanie własne] Założenia Ilość zestawów maszyn urabiających szt Wydajność godzinowa zestawów maszyn Mg/h Wydajność miesięczna zestawów maszyn Mg/m-c Wydajność roczna zestawów maszyn Mg/rok Ilość ładowarek szt Ilość wozideł technologicznych szt Ilość kruszarek szt Ilość koparek szt Koszt łączny pracy ładowarek zł/mg 2,65 1,33 1,77 1,33 1,06 1,33 pracy wozideł technologicznych zł/mg 3,34 3,34 3,34 3,34 3,34 3,34 pracy kruszarek zł/mg 4,53 2,26 1,51 2,26 1,81 1,51 pracy koparek zł/mg 2,62 1,31 0,87 1,31 1,05 0,87 Koszt łączny dla pracy maszyn pozostałych zł/mg 13,15 8,25 7,50 8,25 7,27 7,05 koszł łączny dla pracy maszyn urabiających zł/mg 6,57 6,13 5,98 5,90 5,86 5,86 Koszt całkowity zł/mg 19,72 14,37 13,47 14,15 13,12 12,91 Na rysunku 8.15 przedstawiono formę graficzną uzyskanych wyników. 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 13,15 8,25 7,50 8,25 7,27 7,05 6,57 6,13 5,98 5,90 5,86 5, wydajność roczna w Mg dla pracy maszyn urabiających dla pracy maszyn pozostałych Rys. 70. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem spycharki z osprzętem zrywakowym przy zmiennej wielkości produkcji [opracowanie własne] Analizując rysunek 70 można zauważyć niewielką zmianę jednostkowych kosztów urabiania dla różnej liczby maszyn urabiających. Istotne różnice w kosztach pojawiają się dopiero przy uwzględnieniu pozostałych urządzeń w układzie technologicznym, a ich skala jest w tym przypadku wyjątkowo duża. Dla układu z jedną spycharką z osprzętem zrywakowym jest to 19,72 zł/mg, natomiast dla 6 tych maszyn już tylko 12,91 zł/mg. 134

135 8.7 Podsumowanie Przeprowadzona analiza parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw w zależności od zastosowanego sposobu mechanicznego urabiania skał wykazała wyraźną korelację pomiędzy nimi a wielkością rocznej produkcji. Dla każdego sposobu urabiania zauważalny jest stopniowy spadek jednostkowych kosztów produkcji kruszyw wraz ze wzrostem wydajności układu technologicznego. Efekt ten był wynikiem rozłożenia kosztów stałych na większą ilość wyprodukowanego kruszywa, co w końcowym efekcie dało mniejsze jednostkowe koszty produkcji. Na rysunku 71 przedstawiono zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem wszystkich badanych sposobów mechanicznego urabiania skał przy zmiennej produkcji rocznej. Rys. 71. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem wszystkich badanych sposobów mechanicznego urabiania skał przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] 135

136 Analizując zmianę jednostkowych kosztów produkcji kruszyw na rysunku 71 można zauważyć stopniowe zmniejszanie tych kosztów wraz ze wzrostem wielkości produkcji. Zależność ta nie występuje jednak w każdym przypadku. Przykładem może być układ technologiczny z koparką jednonaczyniową i młotem hydraulicznym, gdzie zwiększenie rocznej wydajności do około 1100 tys. Mg skutkowało wzrostem kosztu jednostkowego. Efekt ten wywodził się z niedostatecznego dopasowania wydajności pozostałych maszyn w układzie technologicznym do wydajności procesu urabiania. Przeprowadzona analiza parametrów techniczno-ekonomicznych wykazała dużą wrażliwość kosztową związaną ze stopniem dopasowania oraz wykorzystania wydajności zestawu kruszącego. Odnosząc się do wielkości otrzymanych wyników, należy uznać, że produkcja kruszywa z zastosowaniem kombajnów frezujących (Wirtgen czy Vermeer) jest najbardziej ekonomiczna we wszystkich zakresach produkcji rocznej. W przypadku produkcji rocznej, wynoszącej od 500 tys. Mg do tys. Mg, zakres jednostkowych kosztów produkcji kruszyw kształtuje się na poziomie od około 12 do 14 zł/mg dla każdego z badanych sposobów urabiania. Planując natomiast wydobycie w małej skali rocznej np. do 500 tys. Mg, należy spodziewać się wysokich jednostkowych kosztów produkcji zarówno przy wykorzystaniu układu technologicznego z koparką jednonaczyniową z młotem hydraulicznym, koparką ze zrywakiem wibracyjnym i spycharką z osprzętem zrywającym. Jeszcze większe koszty pojawią się przy poziomie rocznej produkcji wynoszącym do 250 tys. Mg. Przy tym poziomie wynoszą one nawet powyżej 20 zł/mg (szczególnie dla koparki jednonaczyniowej z młotem hydraulicznym). Jak wynika z powyższych wniosków, zmniejszenie poziomu rocznej produkcji kruszyw z wykorzystaniem każdego z analizowanych sposobów mechanicznego urabiania skał oznacza dla przedsiębiorcy górniczego istotne ryzyko związane z utratą konkurencyjności w stosunku do innych przedsiębiorstw górniczych utrzymujących większą skalę rocznej produkcji kruszyw. 136

137 9. Wielokryterialna metoda wyboru sposobu mechanicznego urabiania skał z wykorzystaniem metody Bellingera W praktyce gospodarczej większość problemów decyzyjnych można opisać za pomocą trzech zmiennych, tj. celu, wariantów decyzyjnych oraz użyteczności danego wariantu. W prostych problemach decyzyjnych funkcje celu determinuje ich użyteczność, rozumiana jako wynik optymalny, oszacowany na podstawie przyjętych kryteriów oceny [Sadowski 1977]. Jednak, gdy liczba kryteriów oceny danego wariantu decyzyjnego jest większa od jednego oznacza to, iż nie można mówić o uzyskaniu decyzji optymalnej, a jedynie o suboptymalnej. Suboptymalność decyzji wynika z faktu, iż żaden wariant decyzyjny nie będzie spełniał wszystkich kryteriów oceny lepiej od pozostałych [Szapiro 1992]. W przypadku złożonych problemów decyzyjnych ważną rolę odgrywa preferencja decydenta, która czasem w sposób jawny wskazuje rozwiązanie akceptowane. W problemach wielokryterialnego wspomagania decyzji ograniczenia sztywne mogą być przyczyną nieuzyskania rozwiązania danego zadania pomimo istnienia rozwiązań cząstkowych. Wybór najbardziej korzystnego sposobu mechanicznego urabiania skał może być typowym zadaniem wielokryterialnego podejmowania decyzji. Celem analizy decyzyjnej jest najbardziej efektywne wykorzystanie wybranej technologii przy określonych warunkach górniczych, geologicznych i środowiskowych, na przykładzie złoża wapieni jurajskich Raciszyn. W niniejszym rozdziale przedstawiono możliwość zastosowania metody Bellingera do wyboru sposobu mechanicznego urabiania skał. 9.1 Podstawy teoretyczne metody Bellingera Metoda Bellingera, która swoją nazwę wzięła od nazwiska jej twórcy Bernharda Bellingera, jest jedną z metod analizy wielokryterialnej, która porządkuje obiekty na podstawie wartości oceny łącznej wyznaczonej ze zbioru przyjętych kryteriów cząstkowych [Górny 2004]. W polskiej literaturze naukowej, artykuły dotyczące 137

138 wykorzystania metody Bellingera pojawiły się w latach 80. XX wieku. Metoda ta stosowana była pierwotnie do oceny wiarygodności kredytowej klientów banku składających wnioski kredytowe oraz do ustalania asortymentu produkcji w przedsiębiorstwach przemysłowych [Wolny 2007]. Metoda Bellingera wg M. Wolnego polega na doprowadzeniu ocen wariantów decyzyjnych względem wszystkich kryteriów do porównywalności, a następnie ich agregacji. Należy zatem ustalić dla każdego analizowanego kryterium oceny dostępnego wariantu decyzyjnego stan najbardziej i najmniej pożądany. Następnie ustala się, czy dane kryterium oceny jest stymulantą czy destymulantą dla tego wariantu decyzyjnego. Zakłada się przy tym, że różnica między stanami wyraża całkowitą drogę, którą należy przebyć od jednego stanu do drugiego. Dlatego dla każdego dostępnego wariantu decyzyjnego określa się także ocenę względem każdego kryterium jako ułamek tej drogi. Przyjmuje się, że wariantem suboptymalnym jest ten wariant, dla którego sumaryczna droga jest najdłuższa, tzn. analizowany wariant decyzyjny otrzymuje ocenę o największej wartości [Wolny 2007]. Szczegółowy algorytm obowiązujący w omawianej metodzie obejmuje osiem etapów [Górny 2004]. W etapie I następuje określenie wymagań i ograniczeń dla przyszłych hipotetycznych wariantów rozwiązań analizowanego problemu. Etap II to zdefiniowanie dostępnych w danej sytuacji wariantów decyzyjnych. W etapie III następuje szczegółowe określenie przyjętych kryteriów oceny, przyjęcie jednostek pomiarowych i pożądanego kierunku zmian w obrębie danego kryterium (stymulanty i destymulanty), a także dolnej i górnej granicy zmian dla analizowanych kryteriów cząstkowych. Etap IV polega na ustaleniu hierarchii poszczególnych kryteriów, poprzez ustalenie wag, jakie nadaje decydent przyjętym kryteriom oceny. W etapie V następuje tworzenie macierzy zawierającej rzeczywiste wartości analizowanych kryteriów pod kątem poszczególnych wariantów. Etap VI obejmuje przedstawienie każdej liczby z tablicy z etapu V jako procentu drogi od stanu najmniej do najbardziej pożądanego. W etapie VII mnoży się liczby otrzymane w etapie VI przez wagi przyjęte w etapie IV. Etap końcowy (VIII) to ustalenie wariantu najlepszego na podstawie zsumowanych ocen przyznanych poszczególnym wariantom z uwzględnieniem wszystkich analizowanych kryteriów [Górny 2004]. 138

139 Przedstawiony proces oceny wariantów decyzyjnych przy zastosowaniu metody Bellingera można opisać zależnościami przedstawionymi poniżej. Odległość pomiędzy kresem górnym i dolnym zbioru wartości j-tego kryterium oceny wariantów decyzyjnych Δj określa się z zależności : (9) gdzie: - supx - kres górny zbioru dopuszczalnych wartości j-tego kryterium, - infx - kres dolny zbioru dopuszczalnych wartości j-tego kryterium. Ocenę i-tego wariantu decyzyjnego na podstawie j-tego kryterium oceny oxij określa się: - dla stymulanty - dla destymulanty (10) (11) gdzie: - xi - przydzielona przez analityka wartość liczbową dla i-tego wariantu decyzyjnego, np. jednostkowe zużycie paliwa. Ocena końcowa wariantu decyzyjnego wyznaczana jest na podstawie zależności, gdzie uwzględniana jest waga danego kryterium lub preferencja decydenta: (12) gdzie: - Oxi - ocena i-tego wariantu decyzyjnego, - wj - waga j-tego kryterium oceny (preferencja decydenta) o wartość z przedziału <0,1>. 139

140 9.2 Zastosowanie metody Bellingera do wyboru najkorzystniejszego sposobu mechanicznego urabiania skał Wariantami decyzyjnymi w przedstawionej metodzie były wybrane sposoby mechanicznego urabiania skał węglanowych, opisane we wcześniejszych rozdziałach niniejszej pracy, tj.: - urabianie młotem hydraulicznym, - urabianie zrywakiem wibracyjnym, - urabianie kombajnem frezującym typu Wirtgen, - urabianie kombajnem frezującym typu Vermeer, - urabianie spycharką z osprzętem zrywakowym. Model decyzyjny został podzielony na 7 etapów. W etapie 1 zostało zdefiniowanych 5 kryteriów oceny najbardziej istotnych dla specyfiki przedmiotowej analizy i oznaczonych od K1 do K5. W etapie 2 określone zostały wartości pożądane i oczekiwane przez decydenta, które odzwierciedlają najbardziej idealne warunki pracy odnoszące się do przeanalizowanych w pracy parametrów techniczno-ekonomicznych. Jednocześnie ustalone zostały wartości wag jako stopień ważności każdego z przyjętych kryteriów. Za najbardziej istotne kryteria oceny uznano koszt jednostkowy pozyskania kopaliny oraz wymagania niezbędnej przestrzeni roboczej dla urządzenia urabiającego. W etapie 3 utworzono macierz zawierającą rzeczywiste wartości analizowanych kryteriów pod kątem poszczególnych wariantów. Wielkość kosztów jednostkowych, stopień rozdrobnienia urobku oraz nakładów inwestycyjnych zostały określone w poprzednich rozdziałach niniejszej pracy. W przypadku określenia mocy akustycznej maszyn urabiających wykorzystano informacje zawarte w dokumentacjach technicznoruchowych tych maszyn, a niezbędną powierzchnię roboczą zdefiniowano na podstawie przeprowadzonych badań terenowych opisanych w rozdziale 5. Etap 4 wyznaczył wielkość odchyłki ( drogi ) od stanu pożądanego. Największą jej wielkość wykazało kryterium zakupu maszyny, najmniejszy powierzchnia robocza oraz stopień rozdrobnienia nadawy. 140

141 Etap 5 znormalizował odchyłki od stanu pożądanego natomiast etap 6 uwzględnił wagi przyjęte w etapie 2. Interpretację wyników przedstawiono w etapie 7. Wyznaczył on sumę ocen przyznanych poszczególnym wariantom z uwzględnieniem wszystkich pięciu kryteriów. W etapie tym ustalony został ranking poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał. Poszczególne etapy wielokryterialnej metody wyboru sposobu mechanicznego urabiania skał z wykorzystaniem metody Bellingera przedstawiono w tabeli 43. Tab. 43. Poszczególne etapy wielokryterialnej metody wyboru sposobu mechanicznego urabiania skał z wykorzystaniem metody Bellingera [opracowanie własne] Etap 1. Określenie kryteriów wyboru sposobu urabiania K1 - koszt jednostkowy pozyskania kopaliny [zł/mg] K2 - moc akustyczna maszyny urabiającej [db] K3 - wymagania minimalnej powierzchni roboczej pracy maszyny [ha] K4 - stopień rozdrobnienia urobku podczas urabiania P80 [mm] K5 - koszt zakupu maszyn urabiających [tys. pln] Etap 2. Określenie wartości pożądanych oraz określenie ważności każdego z kryteriów K1 K2 K3 K4 K5 wartość pożądana wartość wagi 0,4 0,1 0,2 0,2 0,1 Etap 3. Zestawienie wartości kryteriów dla każdego sposobu urabiania K1 K2 K3 K4 K5 koparka + młot 6, koparka + zrywak 4, kombajn Wirtgen 4, kombajn Vermeer 3, spycharka 6, Etap 4. Określenie odchyłki od wartości pożądanej K1 K2 K3 K4 K5 koparka + zrywak -4, koparka + młot -2, kombajn Wirtgen -2, kombajn Vermeer -1, spycharka -4,

142 Etap 5. Normalizacja odchyłki od wartości pożądanej K1 K2 K3 K4 K5 koparka + zrywak 0,28 0,28 0,00 0,35 0,03 koparka + młot 0,18 0,09 0,00 0,47 0,02 kombajn Wirtgen 0,17 0,17 0,28-0,12 0,27 kombajn Vermeer 0,08 0,17 0,45 0,19 0,52 spycharka 0,29 0,28 0,28 0,12 0,15 Etap 6. Wyniki normalizacji z uwzględnieniem ważności kryteriów K1 K2 K3 K4 K5 koparka + zrywak 0,112 0,028 0,000 0,070 0,003 koparka + młot 0,073 0,009 0,000 0,093 0,002 kombajn Wirtgen 0,066 0,017 0,055-0,023 0,027 kombajn Vermeer 0,033 0,017 0,090 0,037 0,052 spycharka 0,116 0,028 0,055 0,023 0,015 Etap 7. Interpretacja wyników Suma Ranking koparka + zrywak 0,213 3 koparka + młot 0,177 2 kombajn Wirtgen 0,143 1 kombajn Vermeer 0,230 4 spycharka 0,237 5 Najmniejsze wartości ocen oznaczają wariant najbardziej zbliżony do wartości pożądanych. Przy założonych przez autora pracy (tj. decydenta) kryteriach oceny oraz przyjętych wagach, najlepszym sposobem urabiania jest urabianie kombajnem frezującym Wirtgen. Na drugim miejscu jest urabianie koparką jednonaczyniową z młotem hydraulicznym. Natomiast najbardziej odbiegającą od przyjętych wartości pożądanych jest urabianie spycharką z osprzętem zrywakowym. 9.3 Podsumowanie Opracowana wielokryterialna metoda wyboru mechanicznego sposobu urabiania skał z wykorzystaniem metody Bellingera może być użytecznym narzędziem optymalizacyjnym, wymagającym jednak wiedzy z obszaru danej branży i występujących w niej procesów. Zaletą tej metody jest fakt, iż jest ona stosunkowo łatwa i prosta w 142

143 użyciu. Metoda ta powinna ułatwić wstępną ocenę wyboru najbardziej oczekiwanej technologii oraz jednocześnie ocenę ryzyka zastosowania najmniej pożądanej technologii. Dokładność, a zatem i obiektywność, prowadzonych analiz uzależniona jest od liczby i jakości przyjętych kryteriów, co w dużym stopniu zależy od wiedzy osoby decyzyjnej. Na bazie przyjętych przez autora założeń, najbardziej pożądanym sposobem urabiania mechanicznego na złożu wapieni jurajskich Raciszyn jest wykorzystanie kombajnu frezującego Wirtgen. Główne zalety tej metody związane są z korzystnym rozdrobnieniem urobku oraz stosunkowo niskim kosztem jednostkowym pozyskania kopaliny. Znaczne odchylenie od wartości pożądanej, wynoszące 0,055, dla tego sposobu urabiania można zaobserwować dla kryterium K3, tj. wymagań obszaru roboczego. Jest to zbieżne z wymaganiami stawianymi technologii pracy kombajnów frezujących, które do efektywnej pracy potrzebują długich frontów roboczych. Podsumowując wyniki wielokryterialnej metody wyboru mechanicznego urabiania skał najkorzystniejszym sposobem urabiania w odniesieniu do złoża wapieni jurajskich Raciszyn powinno być zastosowanie kombajnu frezującego Wirtgen. 143

144 10. Podsumowanie i wnioski końcowe Mechaniczne sposoby urabiania skał węglanowych stanowią alternatywę dla klasycznego urabiania z wykorzystaniem robót wiertniczo-strzałowych. Pomimo znacznie wyższej energochłonności, która przekłada się na koszty, sposoby te w wielu przypadkach są jedynymi dostępnymi rozwiązaniami pozyskania kopaliny. Takim przypadkiem jest złoże wapieni jurajskich Raciszyn, gdzie sąsiadująca zabudowa mieszkaniowa wykluczyła prowadzenie prac wiertniczo-strzałowych. Kluczowym zatem zagadnieniem była analiza dostępnych sposobów mechanicznego urabiania skał oraz ich wpływ na parametry techniczno-ekonomiczne procesu produkcji kruszyw. Dodatkowo opracowana wielokryterialna metoda wyboru tych sposobów oparta na metodzie Bellingera stanowiła podstawę do wdrożenia technologii eksploatacji złoża. Bazując na określonych warunkach geologicznych, górniczych i środowiskowych w pracy dokonano przeglądu dostępnych sposobów mechanicznego urabiania skał, a następnie wykonano testy eksploatacyjne in situ każdej z nich. Ważnym założeniem prowadzonych badań terenowych było zapewnienie w miarę jednolitych i porównywalnych warunków testów, takich jak: wytrzymałość na ściskanie kopaliny, doświadczenie obsługi urządzeń czy powierzchnia robocza pracy maszyn. Obserwacje układów technologicznych podczas pracy pozwoliły na zdefiniowanie podstawowych parametrów procesu produkcji kruszyw, takich jak: wydajność chwilowa i rzeczywista, zużycie paliwa, krzywe składu ziarnowego urobku, koszty obsługi i serwisu urządzeń. Parametry te dały podstawę do przeprowadzenia analizy techniczno-ekonomicznej procesu produkcji kruszyw w zależności od wybranych sposobów mechanicznego urabiania skał węglanowych. Wyniki tych analiz wykazały znaczną przewagę kombajnów frezujących nad pozostałymi maszynami urabiającymi. Uzyskane jednostkowe koszty urabiania dla kombajnu Vermeer oraz Wirtgen były najmniejsze i wyniosły odpowiednio: 3,18 zł/mg oraz 4,37 zł/mg. Niewątpliwym ograniczeniem powyższych maszyn jest konieczność zapewnienia znacznie większych powierzchni roboczych w porównaniu z pozostałymi sposobami urabiania, tj. koparką jednonaczyniową z młotem hydraulicznym, koparką jednonaczyniową ze zrywakiem wibracyjnym czy spycharką z osprzętem zrywakowym. 144

145 W warunkach eksploatacyjnych oznacza to zapewnienie minimum ha powierzchni złoża, co z kolei nie jest warunkiem kluczowym dla pozostałych maszyn. Dodatkowym aspektem poddanym analizie był zakres możliwych do uzyskania wydajności poszczególnych układów technologicznych. Zastosowanie kombajnów frezujących znajduje uzasadnienie ekonomiczne przy rocznym zapotrzebowaniu na kruszywo powyżej Mg dla kombajnu Wirtgen oraz Mg dla kombajnu Vermeer. W przypadku oczekiwania przez przedsiębiorcę górniczego mniejszych zdolności wydobywczych, zastosowanie kombajnów frezujących nie znajduje uzasadnienia. Jednym z ważniejszych zagadnień niniejszej pracy było także określenie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw. Zatem analiza tych kosztów wymagała ich określenia nie tylko na poziomie urabiania kopaliny, ale również na etapie pozostałych procesów technologicznych, takich jak: załadunek, transport czy kruszenie. W tym celu dokonano założenia oczekiwanej przez przedsiębiorcę górniczego rocznej produkcji Mg kruszyw oraz przyjęto jednolite założenia ekonomiczne. Wyniki analizy parametrów techniczno-ekonomicznych procesu produkcji kruszyw ponownie potwierdziły przewagę kosztową kombajnów frezujących nad pozostałymi maszynami urabiającymi. Jednostkowy koszt produkcji kruszywa z zastosowaniem kombajnu Wirtgen wyniósł 11,48 zł/mg, a dla kombajnu Vermeer 11,35 zł/mg. Jednocześnie koszt ten dla pozostałych sposobów urabiania kształtował się na poziomie od 12,42 zł/mg do 14,37 zł/mg, co należy uznać jako wynik nie obiegający znacząco od metod najbardziej ekonomicznych. W pracy dokonano także analizy parametrów techniczno-ekonomicznych produkcji kruszyw przy zmiennej produkcji rocznej. Analiza ta, wykazała stopniowy spadek kosztów jednostkowych przy zwiększeniu produkcji rocznej. Jednocześnie wskazano zakres najmniejszych wydajności do Mg/rok, gdzie koszt jednostkowy produkcji kruszywa osiąga ponad 20 zł/mg dla urabiania koparką jednonaczyniową z młotem hydraulicznym oraz spycharką z osprzętem zrywakowym. Tak wysoki poziom kosztów może oznaczać dla przedsiębiorcy górniczego brak możliwości skutecznego konkurowania rynkowego z innymi, szczególnie większymi podmiotami, nie 145

146 wspominając już o przedsiębiorcach stosujących znacznie tańsze metody wiertniczostrzałowe. Ważnym wnioskiem uzyskanym podczas analizy parametrów technicznoekonomicznych produkcji kruszyw jest istotna wrażliwość kosztowa związana z właściwym doborem wydajności wszystkich maszyn uczestniczących w procesie produkcji. Zbyt duży w stosunku do potrzeb zestaw kruszący będzie istotnie podwyższał jednostkowe koszty produkcji. Kluczowym czynnikiem efektywnego urabiania jest bez wątpienia czynnik ludzki, a więc doświadczona obsługa maszyn oraz sprawne zarządzanie serwisem i naprawami. Kwalifikacje operatora koparki jednonaczyniowej z młotem czy zrywakiem wibracyjnym istotnie wpływają na wydajność i efektywność urabiania oraz potencjalne awarie i uszkodzenia maszyn. Natomiast sprawne zarządzanie serwisem, ograniczenie zbędnych postojów maszyn, zarządzanie magazynem części zamiennych, optymalne planowanie trasy dla kombajnów frezujących to niezwykle ważne czynniki decydujące o kosztach jednostkowych procesu urabiania. W niniejszej pracy opracowano wielokryterialną metodę wyboru sposobu mechanicznego urabiania na podstawie metody Bellingera. Zastosowana metoda stanowiła uzupełnienie wyboru najbardziej pożądanego sposobu mechanicznego urabiania skał węglanowych. Przyjęte przez autora pracy (jako decydenta) kryteria oraz wagi odnosiły się do badanego złoża wapieni jurajskich Raciszyn oraz warunków jego eksploatacji. Wyniki tej wielokryterialnej metody ponownie wskazały kombajn frezujący Wirtgen jako maszynę najbardziej pożądaną i odpowiednią do istniejących warunków górniczych i środowiskowych. Na miejscu kolejnym wskazana została technologia urabiania z zastosowaniem koparki jednonaczyniowej z młotem hydraulicznym. Najmniej pożądanym sposobem urabiania było urabianie spycharką z osprzętem zrywakowym. Przy analizie mechanicznych sposobów urabiania skał oraz poszukiwaniu tego najbardziej korzystnego warto wspomnieć o czynnikach środowiskowych. Badania terenowe na złożu wapieni jurajskich Raciszyn wykazały zróżnicowany stopień generowanego hałasu przy pracy poszczególnych maszyn urabiających. W przypadku pracy młota hydraulicznego oraz spycharki z osprzętem zrywakowym zaobserwowano 146

147 najwyższy poziom natężenia dźwięku o wartości ponad 120 db. Technologią o najniższym jego poziomie było urabianie zrywakiem wibracyjnym. Oddziaływanie hałasu na otoczenie może być ważnym ograniczeniem w prowadzeniu robót górniczych na danym obszarze złoża, a jego natężenie nie może przekroczyć dopuszczalnego poziomu w porze dziennej i nocnej. Wnioski uzyskane z niniejszej pracy mogą stanowić wytyczne do wyboru optymalnej technologii mechanicznego urabiania skał, także dla innych złóż surowców skalnych, zwłaszcza tych, dla których wykluczona została możliwość zastosowania robót wiertniczo-strzałowych. Starano się wskazać korzyści i ograniczenia każdej z przeanalizowanych technologii. Wskazano potencjalne zagrożenia, które mogą ograniczyć ich zastosowanie, ale i szanse najbardziej korzystnego wdrożenia wybranej technologii przy zachowaniu określonych warunków procesu produkcji kruszyw. Sukces ekonomiczny tego procesu zależy od wielu zmiennych, które zostały poruszone w poszczególnych rozdziałach niniejszej pracy. Może ona być praktyczną wskazówką dla przedsiębiorców zajmujących się górnictwem odkrywkowym z wykorzystaniem mechanicznym sposób urabiania skał węglanowych, a dla środowisk akademickich wartościowym materiałem dydaktycznym i naukowym dla dalszej optymalizacji procesu produkcji kruszyw. 147

148 11. Bibliografia 1. Abdullatif M., Cruden M.; The relationship between rock mass quality and ease of excavation. Bull. Int. Assoc. Eng. Geology, No 28, Atlas Copco. Hydraulic breakers in mining application [dostęp Atkinson T.: Selection of open-pit excavating and loading equipment, Transactions of Institute of Mining and Metallurgy, Bailey A.D.; Rock types and seismic velocity versus rippability, Highway Geology. Symposium, 1975 r. 5. Basair H., Karpuz C., Tutluoglu L.; A fuzzy logic based rippability classification system, The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Volume 107, December 2007 r. 6. Basarir H.; Karpuz C., Tutluoglu L.; Specific energy based rippability classification system for coal measure rock; Journal of Terramechanics 45; Bęben A., 2005: Mechaniczne urabianie frezowaniem skał zwięzłych: uwarunkowania techniczno-ekonomiczne, Surowce i maszyny budowlane nr, ISSN Bęben A.: Teoretyczne podstawy mechanicznego zwiercania skał w górnictwie odkrywkowym, Kraków Bęben A. Maszyny i urządzenia do wydobywania kopalin pospolitych bez użycia materiałów wybuchowych. AGH Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne, Kraków Będkowski T., Kasztelewicz Z., Sikora M., Kamieniarz 05/2013, Raciszyn unikatowe złoże wapieni, 11. Będkowski T., Kasztelewicz Z., Sikora M., Kamieniarz 04/2013, Kombajn Powierzchniowy alternatywne podejście do eksploatacji skał zwięzłych, 12. Będkowski T., Kasztelewicz Z, Sikora M. Kamieniarz 05/2013, Mechaniczne urabianie skał młot czy zrywak wibracyjny, 13. Bieniawski Z.T.; The point load test in geotechnical practice, Eng. Geol., September, Bolukbasi N., Koncagul O., Pasamehmetoglu A.G.; Material diggability studies for the assessment of bucket wheel excavator performance, Mining Sceinece and Technology, 13, 1991 Bozdag T.; Idirect rippability assessment of coal measure rock, MS Thesis, METU, Ankara, Burnat B., Korzeniowski J.: Kopaliny Pospolite. Prowadzenie ruchu zakładu górniczego. Wydawnictwa i Szkolenia Górnicze Burnat&Korzeniowski, Wrocław Braybrook J.C.: The state of the art of rock cuttability and rippability prediction, Proc. 5th ANZ Geomechanics Conference., Sydney CAT Performance Handbook. Edition 42, Caterpillar Inc CAT Handbook of ripping, 12th Edition, Caterpillar, Peoria, Illinois, Church A.K.: Excavation handbook, McGraw Hill, New York

149 20. Dey K., Ghose A.K.: Predicting Cuttability with Surface Miners A Rockamass Classification Approach, Journal of Mines, Metals and Fuels, V. 56, Drebenstedt C.: Use of environmental balance for selection of continuous or cyclic mining equipment on example of hard rock mining, Continuous Surface Mining, Freiberg, Drebenstedt C.; State of the art. And new concept for prediction of cutting resistance on example of continuous mining equipment, Scientific Reports on Resource Issues, Vol. 1, Freiberg, Dreszer R.: Porównanie urabiania metodą mechanicznego zrywania z metodą robót wiertniczostrzałowych, na przykładzie Kopalni Margli Kredowych Folwark, materiały konferencyjne Szkoły Górnictwa Odkrywkowego, Kraków Franklin J. A. Broch E., Walton G.: Logging the Mechanical Character of Rock, Transactions of Institute of Mining and Metallurgy, Vol. 80, Galos K., Samokowski T.: Wstępna propozycja metodyki identyfikacji surowców kluczowych dla polskiej gospodarki. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk. Nr 88, Górny P., Elementy analizy decyzyjnej, Akademia Obrony Narodowej. Warszawa Hartman L. H.: Mining Engineering Handbook 2nd Edition. Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Inc., Colorado Hedjigeorgiu J. and Scoble M. J.: Prediction of digging performance in mining, International Journal Surface Mining, Vol. 2, Hedjigeorgiu J. and Scoble M. J.; Ground Characterisation for Assessment of Ease Excavation, Mine Planning and Equipment Selection, Editor Singhal and Vavra, Balkema, 30. Hustrulid W., Kuchta M.: Open Pit Mine Planning and Disign. Taylor&Francis, Golden, Utah Kail W., Guoping Y., Kaijun H., Kai W., Guojun C.: The application status and prospects of vibro ripper. International Journal of Energy and Power Engineering. Vol. 3, Kasztelewicz Z., Sikora M., Zajączkowski M., Alternatywne sposoby urabiania skał w górnictwie odkrywkowym, Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, 2012 nr Kasztelewicz Z., Zajączkowski M., Sikora M.: Przegląd Mechanicznych Sposobów Urabiania Skał Zwięzłych Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Nr 136 Politechniki Wrocławskiej, Wrocław Kasztelewicz Z., Sikora M., Zajączkowski M., Patyk M.: Układy technologiczne w kopalniach odkrywkowych węgla brunatnego na świecie, Przegląd górniczy t. 70 Nr 10, Katowice Kasztelewicz Z., Patyk M., Bodziony P.: Spycharki, dźwigi boczne i przesuwarki przenośników taśmowych: budowa i technologia pracy. Art.-tekst. Kraków Kasztelewicz Z. Bodziony P., Sikora M., Będkowski T.: O sposobach mechanicznego urabiania skał zwięzłych w górnictwie odkrywkowym III Polski Kongres Górniczy, Krynica 2015, 37. Kasztelewicz Z., Bodziony P., Sikora M., Będkowski T.: Systemy maszynowe stosowane w górnictwie surowców skalnych. Kruszywa 2015 nr 2 149

150 38. Kaushik D., Ghose A.K.; Predicting Cuttability with Surface Miners A Rockmass Classification Approach, Joyrnal of Mines, Metals and Fuels, V.56, Issue 5-6, May Kennedy B. A.: Surface Mining 2nd edition. Society for Mining, Metallurgy and Exploration Inc., Colorado Kolleth H.; Overview of open pit mines for mining technologies with high outputs, Bulk Solid Handling, Vol. 10, No. 1, Kubuszewski T., Góralczyk S.: Analiza systemu zakładowej kontroli produkcji kruszyw po wejściu w życie rozporządzenia nr 305/2011 (CPR), Mining Science, Komatsu Specifications&Application Handbook. Edition 30, Korzeniowski J.: Ruch zakładów eksploatujących złoża kopalin. Wydawnictwo Wikbest, Wrocław Kozioł W., Machniak Ł., Borcz A.: Właściwości górotworu a wydajność urabiania zrywarkami. Surowce i Maszyny Budowlane Nr 5, Kozłowski Z.: Technika prowadzenia robót w kopalniach odkrywkowych. Wydawnictwo Śląsk, Katowice Kukiałka S., Chulist R., Łochańska D., Zastosowanie młotów hydraulicznych do urabiania skał zwięzłych i bardzo zwięzłych, Górnictwo Odkrywkowe, 5 6/ Kukiałka S., Chulist R.: Urabianie skał zwięzłych za pomocą młotów hydraulicznych i kombajnów frezujących. Kopaliny, Nr 6; Kuznetsov V.; Efficiency of excavation of overburden rock at quarries with the use of blast-free technology, Journal of mining Science, v.32, no 5, 1997 r. 49. Lowrie R.: SME Mining Engineering Handbook. Third Edition. Society for Mining, Metallurgy&Exploration. Inc, Machniak Ł., Kozioł W., Borcz A.: Możliwości i uwarunkowania mechanicznego urabiania skał zrywarkami. Górnictwo Odkrywkowe R. 54 nr 1, Wrocław Machniak Ł., Kozioł W., Borcz A.: Wytyczne wyboru efektywnych układów wydobywczych do produkcji kruszyw łamanych. Górnictwo Odkrywkowe nr 5-6, Wrocław Machniak Ł., Borcz A.: O możliwości urabiania skał zrywarkami. Surowce i maszyny budowlane, Nr 3, Miejscowy plan zagospodarowania terenu dla Gminy Działoszyn,UCHWAŁA NR XXI/139/2004 RADY MIEJSKIEJ w DZIAŁOSZYNIE z dnia 24 listopada 2004 roku w sprawie miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego Miasta i Gminy Działoszyn [dostęp BC2E2E] 54. Pastarus J. Systra Y., Valgma I., Kolotogina L., Anepaio A., Vannus A., Nurme M.: Surface mining technology in the zones of tectonic disturbances, estonian oil shale deposit. Oil Shale, Vol. 30 No 2S, Estonian Academy Publishers,

151 55. Pettifer G.S., Fookes P.G.; A Revision of the Graphical Method for Assessing the Excavatability of Rock, Quarterly Journal of Engineering Geology, Vol. 27, Pieczonka K.; Inżynieria maszyn roboczych, część 1. Podstawy urabiania, jazdy, podnoszenia i obrotu, Wrocław Pradhan P., Dey K., 2009: Rock cutting with surface miner: A computational approach, Journal of Engineering and Technology Research Vol Ratan Raj T.: Surface and Underground Excavations. Methods, Techniques and Equipment. Taylor and Francis, London Sadowski W., Decyzje i prognozy, Państwowe Wydawnictwa Ekonomiczne, Warszawa Scoble M. J., Muftuoglu Y. V.; Derivation of A Diggability Index for Surface Mine Equipment Selection, Mining Science and Technology, Vol. 1, Skorupka D., Duchaczek A., Szleszyński A., Zastosowanie metody Electre w optymalizacji doboru środków transportu w magazynie wyrobów budowlanych, 58 konferencja naukowa KILiW PAN oraz KN PZiTB, r. Krynica, s Smith H.J.; Estimating rippability by rock mass classification, Proc. 27th US Symp. Rock Mechanics-Colorado, Ed.H. Hartman, AIME, New York, Stacey T.R.; Seismic assessment of rock masses, Proc. Symp. On Exploration for Rock Engineering, Johanesburg, November, Strzodka K., Sajkiewicz J., Dunikowski A.: Górnictwo odkrywkowe. Tom I. Wydawnictwo "Śląsk", Katowice Sypniowski Sz.: Gdy nie można strzelać. Surowce i Maszyny Budowlane 2/ Szapiro T., Co decyduje o decyzji, WNT, Warszawa Thomson R.: Surface Strip Coal Mining Handbook. South African Colliery Managers Association, Weaver J. M.; Geological Factors Significant in the Assessment of Rippability, Civil Engineering in South Africa, Vol -17, Wolny M., Wspomaganie decyzji kierowniczych w przedsiębiorstwie przemysłowym. Wieloatrybutowe wspomaganie organizacji przestrzennej komórek produkcyjnych z zastosowaniem teorii gier, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej. Gliwice Wirtgen Surface Mining Manual. Application and Planning Guide. Wirtgen GmbH Wirtgen Group Technical specification, Surface Miner 2200 SM 72. Wirtgen Group Multi-purpose machine for tough mining conditions 73. XCentric Ripper. Zrywak hydrauliczny do koparek. [dostęp [dostęp

152 75. Zajączkowski M., Sikora M., Kasztelewicz Z., Będkowski T.: Klasyfikacja systemów eksploatacji odkrywkowej z uwzględnieniem aktualnego stanu technologii górniczych. Przegląd Górniczy t. 70 nr 10,

153 12. Spis rysunków Rys. 1. Algorytm etapów pracy badawczej [opracowanie własne]... 9 Rys. 2. Wykres zależności wydajności zrywania dla spycharki CAT D10T od prędkości fali sejsmicznej [Caterpillar 2012] Rys. 3. Zrywanie kopaliny spycharką Komatsu 475A ze zrywakiem [Kasztelewicz i inni 2012] Rys. 4. Praca kombajnu frezującego Wirtgen 2200 przy urabianiu węgla brunatnego w kopalni South Field w Grecji [Kasztelewicz i inni 2014] Rys. 5. Praca kombajnu frezującego Vermeer T1255 DD w kopalni gipsu [ 20 Rys. 6. Wykres zależności wydajności frezowania dla kombajnu Wirtgen 4200 SM od wytrzymałości na ściskanie [Wirtgen 2010] Rys. 7. Wykres zależności wydajności urabiania młotami firmy Atlas Copco od rodzaju skały oraz jej szczelinowatości [Atlas Copco] Rys. 8. Rozbijanie nadgabarytów młotem hydraulicznym [Sandvik] Rys. 9. Wykres zależności wydajności urabiania zrywakiem Xcetric Ripper od wytrzymałości na ściskanie [Xcentric Ripper] Rys. 10. Urabianie margla zrywakiem hydraulicznym Xcentric Ripper XR30 [Sypniowski 2013] Rys. 11. Lokalizacja złoża wapieni jurajskich Raciszyn oraz obszaru i terenu górniczego [opracowanie własne] Rys. 12. Graficzny wyrys z miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego dla złoża Raciszyn [Uchwała Rady Miejskiej w Działoszynie Nr XXIX/187/09 z dnia 27 lutego 2009] Rys. 13. Mapa sytuacyjno-wysokościowa dla złoża wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] 39 Rys. 14. Wyrobisko docelowe na złożu wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] Rys. 15. Obszar badań terenowych i wykonywania testów eksploatacyjnych wraz z widokiem na pobliskie zabudowania [fot. T. Będkowski] Rys. 16. Obszar badań terenowych i wykonywania testów eksploatacyjnych [fot. T. Będkowski] Rys. 17. Obszar pracy maszyn biorących udział w badaniach terenowych [opracowanie własne] Rys. 18. Sposoby urabiania z wykorzystaniem młota hydraulicznego: a) urabianie ze stropu, b) urabianie ze spągu, c) urabianie pośrednie [Będkowski i inni 2015] Rys. 19. Praca młota hydraulicznego pod kątem selektywnego urabiania złoża [Hydraulic breakers in mining applications 50 Rys. 20. Rozkład sił na grocie młota hydraulicznego [Bęben 2012] Rys. 21. Schemat układu technologicznego przy urabianiu młotem hydraulicznym [opracowanie własne] Rys. 22. Koparka Hitachi ZX 470 LCH z młotem hydraulicznym Atlas Copco HB4700 [fot. T. Będkowski]. 54 Rys. 23. Urobek uzyskany przy pracy młota hydraulicznego [fot. T. Będkowski] Rys. 24. Urobek uzyskany przy pracy młota hydraulicznego [fot. T. Będkowski] Rys. 25. Krzywa składu ziarnowego urobku uzyskanego przy użyciu młota hydraulicznego [opracowanie własne]

154 Rys. 26. a) Budowa mimośrodowego zrywaka wibracyjnego, b) zasada działania wału mimośrodowego [Będkowski i inni 2015] Rys. 27. Ząb- wymienny element urabiający mimośrodowego zrywaka wibracyjnego [ 59 Rys. 28. Rozkład sił na zębie zrywaka wibracyjnego [Bęben 2012] Rys. 29. Wspólna praca testowanych sposobów urabiania [fot. T. Będkowski] Rys. 30. Schemat układu technologicznego przy urabianiu zrywakiem wibracyjnym [opracowanie własne] Rys. 31. Koparka Volvo EC 460BLC z osprzętem zrywakowym Xcentric Ripper XR 50 [fot. T. Będkowski] 64 Rys. 32. Praca zrywaka wibracyjnego [fot. T. Będkowski] Rys. 33. Urobek uzyskany przy pracy zrywaka wibracyjnego [fot. T. Będkowski] Rys. 34. Krzywa składu ziarnowego urobku uzyskanego przy użyciu zrywaka wibracyjnego [opracowanie własne] Rys. 35. Rodzaje frezowania obwodowego: a) frezowanie współbieżne, b) frezowanie przeciwbieżne [Kasztelewicz Z. i inni, 2012] Rys. 36. Cykle urabiania (frezowania) calizny skalnej z wykorzystaniem kombajnu powierzchniowego [Będkowski i inni 2013] Rys. 37. Schemat oddziaływania nożem styczno-obrotowym ośrodka skalnego [Bęben 2012] Rys. 38. Technologia eksploatacji kombajnem frezującym Wirtgen [źródło: Wirtgen Polska Sp. z o.o.].. 72 Rys. 39. Schemat układu technologicznego przy urabianiu kombajnem frezującym Wirtgen [opracowanie własne] Rys. 40. Praca kombajnu Wirtgen z bezpośrednim załadunkiem na wozidła technologiczne [fot. T. Będkowski] Rys. 41. Praca kombajnu Wirtgen z bezpośrednim załadunkiem na wozidła technologiczne [fot. T. Będkowski] Rys. 42. Krzywa składu ziarnowego urobku zyskanego przy użyciu kombajnu frezującego Wirtgen [opracowanie własne] Rys. 43. Praca kombajnu powierzchniowego Wirtgen w wariancie składowania surowca na poziomie roboczym [fot. T. Będkowski] Rys. 44. Analizowany urobek (gips) po urobieniu kombajnem frezującym Vermeer [fot. T. Będkowski] 81 Rys. 45. Schemat układu technologicznego przy urabianiu kombajnem frezującym Vermeer [opracowanie własne] Rys. 46. Przebieg procesu urabiania kombajnem frezującym Vermeer [ 84 Rys. 47. Przebieg procesu urabiania kombajnem frezującym Vermeer [ 84 Rys. 48. Przebieg procesu urabiania kombajnem frezującym Vermeer [ 85 Rys. 49. Krzywa składu ziarnowego urobku uzyskanego przy użyciu kombajnu frezującego Vermeer [opracowanie własne] Rys. 50. Schemat układu technologicznego przy urabianiu spycharką z osprzętem zrywakowym [opracowanie własne]

155 Rys. 51. Praca spycharki CAT D9N podczas testów eksploatacyjnych (zagłębianie się zębów w caliznę złoża) [fot. T. Będkowski] Rys. 52. Praca spycharki CAT D9N podczas testów eksploatacyjnych ( zgarnianie urobku za pomocą lemiesza) [fot. T. Będkowski] Rys. 53. Urobek uzyskany przy pracy spycharki CAT D9N [fot. T. Będkowski] Rys. 54. Urobek uzyskany przy pracy spycharki CAT D9N [fot. T. Będkowski] Rys. 55. Krzywa składu ziarnowego urobku uzyskanego przy użyciu spycharki CAT D9N [opracowanie własne] Rys. 56. Zbiorcze porównanie krzywych składu ziarnowego [opracowanie własne] Rys. 57. Udział poszczególnych frakcji dla urobku uzyskanego różnymi sposobami urabiania mechanicznego [opracowanie własne] Rys. 58. Zbiorcze zestawienie wskaźnika P80 [opracowanie własne] Rys. 59. Wskaźnik równomierności uziarnienia U [opracowanie własne] Rys. 60. Model układu technologicznego procesu produkcji kruszyw [opracowanie własne] Rys. 61. Jednostkowe zużycie paliwa na poszczególnych układach technologicznych [opracowanie własne] Rys. 62. Jednostkowe zużycie paliwa na poszczególnych maszynach [opracowanie własne] Rys. 63. Graficzne zużycie paliwa na 1 Mg pozyskania urobku [opracowanie własne] Rys. 64. Graficzna analiza jednostkowych kosztów procesu urabiania kopaliny [opracowanie własne] 111 Rys. 65. Zbiorcze zestawienie całkowitych kosztów pozyskania kruszywa w formie graficznej [opracowanie własne] Rys. 66. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem koparki jednonaczyniowej z młotem hydraulicznym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Rys. 67. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem koparki jednonaczyniowej ze zrywakiem wibracyjnym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne]126 Rys. 68. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu frezującego Wirtgen przy zmiennej wielkości produkcji [opracowanie własne] Rys. 69. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu Vermeer przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Rys. 70. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem spycharki z osprzętem zrywakowym przy zmiennej wielkości produkcji [opracowanie własne] Rys. 71. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem wszystkich badanych sposobów mechanicznego urabiania skał przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne]

156 13. Spis tabel Tab. 1. Parametry fizyko-mechaniczne złoża wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] Tab. 2. Parametry chemiczne złoża wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] Tab. 3. Zestawienie wartości parametrów geologiczno-górniczych złoża wapieni jurajskich Raciszyn [opracowanie własne] Tab. 4. Zakładane rzędne wysokościowe poziomów eksploatacyjnych [opracowanie własne] Tab. 5. Parametry techniczne testowanego zestawu maszyn i urządzeń [materiały Atlas Copco, Hitachi] Tab. 6. Wyniki testu urabiania zestawem koparka + młot hydrauliczny [opracowanie własne] Tab. 7. Wyniki testu chwilowego [opracowanie własne] Tab. 8. Parametry techniczne testowanych zestawów maszyn i urządzeń [opracowanie własne] Tab. 9. Wyniki testu urabiania zestawem koparka + zrywak wibracyjny oraz zestawem koparka + młot hydrauliczny [opracowanie własne] Tab. 10. Wyniki porównawczego testu chwilowego [opracowanie własne] Tab. 11. Podstawowe dane techniczne kombajnów powierzchniowych produkcji Wirtgen [Wirtgen Polska] Tab. 12. Specyfikacja techniczna kombajnu powierzchniowego Wirtgen 2200 SM [Wirtgen Polska] Tab. 13. Wyniki testu urabiania kombajnem powierzchniowym [opracowanie własne] Tab. 14. Podstawowe dane techniczne kombajnu frezującego Vermeer [ 81 Tab. 15. Wyniki techniczne testu urabiania kombajnem frezującym Vermeer [opracowanie własne] Tab. 16. Wyniki ekonomiczne testu urabiania kombajnem powierzchniowym Vermeer [opracowanie własne] Tab. 17. Specyfikacja techniczna CAT D9N [opracowanie własne] Tab. 18. Koszty oraz wyniki produkcyjne z testów eksploatacyjnych urabiania spycharką CAT D9N [opracowanie własne] Tab. 19. Wyniki pomiarów średnich wydajności poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał[opracowanie własne] Tab. 20. Charakterystyka techniczna i ekonomiczna wszystkich maszyn uwzględnionych w analizie [opracowanie własne] Tab. 21. Jednostkowe zużycie paliwa na poszczególnych maszynach [opracowanie własne] Tab. 22. Zużycie paliwa na 1 Mg pozyskania urobku [opracowanie własne] Tab. 23. Wartość amortyzacji dla wszystkich maszyn układu technologicznego [opracowanie własne] 107 Tab. 24. Koszt serwisu i napraw [ opracowanie własne] Tab. 25. Pozostałe koszty operacyjne [opracowanie własne] Tab. 26. Analiza jednostkowych kosztów procesu urabiania [opracowanie własne] Tab. 27. Objaśnienia do analizy jednostkowych kosztów procesu urabiania [opracowanie własne] Tab. 28. Analiza jednostkowego kosztu pracy ładowarki przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał [opracowanie własne]

157 Tab. 29. Analiza jednostkowego kosztu pracy wozidła technologicznego przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał [opracowanie własne] Tab. 30. Analiza jednostkowego kosztu pracy koparki jednonaczyniowej przy obsłudze poszczególnych sposób mechanicznego urabiania skał [opracowanie własne] Tab. 31. Analiza jednostkowego kosztu pracy kruszarki przy obsłudze poszczególnych sposobów mechanicznego urabiania skał [opracowanie własne] Tab. 32. Zbiorcze zestawienie kosztów procesu produkcji kruszywa [opracowanie własne] Tab. 33. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą koparek jednonaczyniowych z młotami hydraulicznymi przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Tab. 34. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem koparki z młotem hydraulicznym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Tab. 35. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą koparki jednonaczyniowej ze zrywakiem wibracyjnym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Tab. 36. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem koparki jednonaczyniowej ze zrywakiem wibracyjnym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] 126 Tab. 37. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą kombajnu frezującego Wirtgen przy zmiennej wielkości produkcji rocznej [opracowanie własne] Tab. 38. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu frezującego Wirtgen przy zmiennej wielkości produkcji [opracowanie własne] Tab. 39. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą kombajnu frezującego Vermeer przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Tab. 40. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem kombajnu Vermeer przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Tab. 41. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów urabiania za pomocą spycharki z osprzętem zrywakowym przy zmiennej produkcji rocznej [opracowanie własne] Tab. 42. Zbiorcze zestawienie jednostkowych kosztów produkcji kruszyw z zastosowaniem spycharki z osprzętem zrywakowym przy zmiennej wielkości produkcji [opracowanie własne] Tab. 43. Poszczególne etapy wielokryterialnej metody wyboru sposobu mechanicznego urabiania skał z wykorzystaniem metody Bellingera [opracowanie własne]

158 14. Załączniki 14.1 Załącznik 1. Wyniki badań wytrzymałości na ściskanie badanego surowca skalnego. 158