К созданию механизированного помощника для добычи ископаемых горняки в разных странах мира шли последние десять лет. Но воплотить проект на практике первым решился российский «Норникель».
Масса гигантской машины составит 700 тонн, а длина — 160 метров.
Как работает проходческий комплекс «Норда»
Проходческий агрегат «Норда» был разработан по заказу «Норникеля»: техническую сторону детально проработал партнер — «Индустрия горнодобывающих технологий», а планированием подземных работ занимался Санкт-Петербургский горный университет.
Комплекс «Норда» проведет весь срок службы на глубине около полутора километров, где будет активно двигаться и маневрировать.
Проходческий комплекс будет прокладывать прямую цилиндрическую выработку, затем сдавать назад, маневрировать, проходить такую же выработку рядом — и так много раз. В поперечном сечении такая структура выработок будет напоминать соты.
Чтобы избежать обрушения, отработанные пространства планируется заполнять специальной смесью. Сотовый метод позволит «запечатывать» одни коридоры и одновременно проходить новые. Это сделает процесс безопасным и сэкономит время. Как только машина выйдет из пройденного «тоннеля», его сразу же можно будет заливать.
Чему научило метро
Проходческие машины, подобные комплексу «Норда», еще никогда не использовались для добычи руды. Однако с их помощью уже больше полутора веков прокладывают тоннели. Механизированная проходка давно стала основным способ строительства метро.
Исторически главной задачей проходческих комплексов была защита рабочих от обрушений и затоплений в забое. Поэтому такие машины получили название «проходческий щит».
Первый щит изобрел Марк Изамбард Брюнель в 1824 году, его использовали для строительства тоннеля под Темзой. Устройство представляло собой пол, стены и свод из толстого листового металла. Эту «оболочку» вдавливали в грунт домкратами, после чего рабочие выкапывали из нее грунт и строили прямо внутри капитальные стены и свод тоннеля. Затем домкраты проталкивали щит дальше, и строители продолжали работать под его прикрытием. Вскоре щиты стали делать двух- или трехэтажными, чтобы прокладывать тоннели большого сечения.
Проходческий комплекс движется сквозь толщу земли, оставляя за собой полностью готовый тоннель. В нем сразу прокладываются рельсы для вывоза грунта и подвоза строительных элементов.
В чем уникальность комплекса «Норда»
В силу нестандартных задач «Норда» сильно отличается от обычных проходческих щитов. Обычный щит, словно поезд, идет из пункта «А» в пункт «Б». Его опускают в монтажную камеру, а после проходки тоннеля вынимают, разбирают и увозят строить следующий тоннель.
Комплекс «Норда», который проведет весь срок службы на глубине около полутора километров, где будет активно двигаться и маневрировать, имеет ряд ключевых конструктивных особенностей.
Отсутствие прочного корпуса. Машине предстоит работать в твердых скальных породах, не склонных к обрушению, поэтому мощная защита по всей длине ей не нужна. В маловероятном случае аварийной ситуации, например если машину зажало горным давлением, экипаж может укрыться в спасательной капсуле, которую разработали специально для «Норды». Она имеет достаточный запас кислорода, воды и питания, чтобы обеспечить автономное пребывание людей под землей на протяжении месяца, — пока не придет помощь.
Система возведения горной крепи. На участках с повышенным риском деформации породы машина может наводить крепь: бурить отверстия, устанавливать анкеры, штанги и армировочную сетку, набрасывать бетон. Все эти операции выполняются автоматически по цифровому проекту. Инструменты располагаются на вращающемся кольце позади ротора.
Грипперная система движения. В метро проходческие щиты продвигаются, отталкиваясь от края опалубки тоннеля, но в шахте опалубки нет. «Норде» помогают двигаться грипперы — мощные гидравлические распорки, которые давят на стенки выработки. Когда задняя часть машины фиксируется с помощью грипперов, передняя отталкивается от нее на расстояние до двух метров посредством гидроцилиндров. После проходки участка уже передняя часть встает в распор, подтягивая за собой заднюю. Это обеспечивает «Норде» повышенную маневренность под землей.
Задний ход и колеса. Задача не так проста, как может показаться: ведь диаметр выработки, по которой предстоит «пятиться», равен диаметру ротора самой машины. Рабочий орган «Норды» может складываться и уменьшаться в диаметре — и это уникальное решение, примененное впервые в мире. Как и колесный привод — обычно проходческие машины перемещают по рельсам и только в пределах монтажной камеры.
Усиленная конструкция. В отличие от тоннелепроходческих щитов, созданных для проектной работы, «Норде» предстоит непрерывно крошить твердую горную породу на протяжении всего срока службы — с ограниченным доступом к запчастям и техническому обслуживанию. Активное маневрирование под землей также предполагает повышенные угловые нагрузки на механизмы машины. Поэтому практически все движущиеся детали комплекса усилены, упрочнены и оптимизированы для многократно увеличенной нагрузки.
«Попробуйте сделать дрелью отверстие в бетоне, а затем, не вынимая сверло, начать сверлить под другим углом. Это невозможная задача, — объясняет Олег Основин, генеральный директор компании «Индустрия горнодобывающих технологий». — В нашем случае боковые воздействия ведут к быстрому разрушению головного подшипника — узла, который принимает на себя основные нагрузки при проходке. В «Норде» применены инженерные решения, ноу-хау, которые позволяют угловые усилия свести к минимуму или полностью исключить. Кроме того, мы увеличили и укрепили все нагруженные детали машины: режущую головную часть, моторную плиту, хребтовый вал. Их прочность отличается на порядок по сравнению с проходческими щитами в метро».
Как собирают агрегат
Первые компоненты проходческого комплекса «Норда» доставили самолетом в конце декабря 2025 года. Их сразу же опустили на горизонт и приступили к монтажу агрегата.
На глубине 1400 метров была оборудована сборочная камера протяженностью свыше 140 метров и сечением восемь на десять метров.
Основную часть деталей доставили из Манчжурии по зимнику. Также привезли 300 тонн периферийного оборудования, запчастей и расходников с запасом на несколько лет.
Спуск ведут клетевым подъемником через 7-метровый ствол. Диаметр ствола продиктован габаритами проходческой машины (5,53 м), которые соответствуют максимальному размеру головного подшипника. Это единственная деталь машины, которую невозможно сделать разборной без существенного снижения прочности.
Уже летом «Норда» извлечет первую руду и ценные знания об особенностях принципиально нового метода горной добычи. Все параметры работы комплекса будут передаваться на поверхность для анализа в режиме реального времени. Так Россия раньше всех в мире начнет накапливать опыт в технологии, которая обещает стать главенствующей в будущем
