gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2025-09-460gscience-1034Research ArticleMINERAL RESOURCES EXPLOITATIONРАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХJustification of the rational scope and technology for the use of hydraulic excavators in surface miningОбоснование рациональной области и технологии применения гидравлических экскаваторов на открытых горных работахhttps://orcid.org/0000-0001-9429-1774ХакуловВ. А.KhakulovV. A.

Виктор Алексеевич Хакулов – доктор технических наук, заведующий кафедрой информационных технологий в управлении техническими системами

г. Нальчик

Scopus ID 5720014474

ResearcherID B-2340-2018

Viktor A. Hakulov – Dr. Sci. (Eng.), Head of the Department of Information Technologies in Control of Technical Systems

Nalchik

Scopus ID 57200144748

ResearcherID B-2340-2018

vkh21@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9701-6820ШаповаловВ. А.ShapovalovV. A.

Виталий Александрович Шаповалов – доктор технических наук, профессор кафедры информационных технологий в управлении техническими системами

г. Нальчик

Scopus ID 57190966150

ResearcherID J-9696-2015

Vitaliy A. Shapovalov – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Information Technologies in Control of Technical Systems

Nalchik

Scopus ID 57190966150

ResearcherID J-9696-2015

vet555_83@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5529-2395ИгнатовВ. Н.IgnatovV. N.

Виктор Николаевич Игнатов – доктор технических наук, профессор кафедры горного дела

г. Новочеркасск

Scopus ID 57200148638

Viktor N. Ignatov – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Mining

Novocherkassk

Scopus ID 57200148638

VNIgnatov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9664-5863КарповаЖ. В.KarpovaZh. V.

Жанна Викторовна Карпова – кандидат технических наук, инженер

г. Новочеркасск

Scopus ID 57204943495

Zhanna V. Karpova – Cand. Sci. (Eng.), Engineer

Novocherkassk

Scopus ID 57204943495

z.karpovaspb@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5393-470XИгнатовМ. В.IgnatovM. V.

Михаил Викторович Игнатов – кандидат технических наук, доцент кафедры информационных технологий в управлении техническими системами

г. Нальчик

Scopus ID 57204758591

Mikhail V. Ignatov – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Information Technologies in Control of Technical Systems

Nalchik

Scopus ID 57204758591

Ign_m@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8182-7293НогеровИ. А.NogerovI. A.

Ибрагим Альбиевич Ногеров – старший преподаватель кафедры информационных технологий в управлении техническими системами

г. Нальчик

Scopus ID 57200193883

Ibragim A. Nogerov – Senior Lecturer of the Department of Information Technologies in Control of Technical Systems

Nalchik

Scopus ID 57200193883

nogerov.ibragim@mail.ruКабардино-Балкарский государственный университет имени Х. М. БербековаРоссияKabardino-Balkarian State UniversityRussian FederationЮжно-Российский государственный политехнический университет имени М. И. ПлатоваРоссияPlatov South-Russian State Polytechnic University (NPI)Russian FederationООО НИПИ «Недра»РоссияNIPI Nedra LLCRussian Federation202523122025104338–345Copyright © Khakulov V.A., Shapovalov V.A., Ignatov V.N., Karpova Z.V., Ignatov M.V., Nogerov I.A., 20252025Хакулов В.А., Шаповалов В.А., Игнатов В.Н., Карпова Ж.В., Игнатов М.В., Ногеров И.А.Khakulov V.A., Shapovalov V.A., Ignatov V.N., Karpova Z.V., Ignatov M.V., Nogerov I.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/1034

The constrained conditions of deep-pit mining and the rigid technological interdependence between operations on lower and upper horizons significantly complicate the performance of loading and haulage systems and, in particular, hinder the efficient use of large rope shovels. At the same time, due to a limited service life and a sharp decline in reliability after 7–10 years of operation, mobile hydraulic excavators cannot compete with mechanical shovels when excavating hard rock formations. Based on research and industrial experiments, combined solutions have been developed and tested for the use of rope and hydraulic excavators within their respective optimal application areas to improve the efficiency of mining operations. The proposed priority application zone for hydraulic excavators is defined in areas with a planned low concentration of drilling-and-blasting operations, where the utilisation factor of rope shovels is below 0.5, while that of mobile hydraulic excavators – with appropriate geomechanical support – is at least 0.7. At the same time, hydraulic excavators cannot directly compete with large mechanical shovels in the development of hard rock. Therefore, a specialised technology for within-block differentiation of drilling and blasting parameters is proposed to ensure the geomechanical conditions necessary for the effective integration of hydraulic excavators into mining operations.

Стеснённые условия отработки глубоких горизонтов карьера и наличие жёсткой технологической связи между продвижением горных работ на нижних и верхних горизонтах существенно усложняют работу погрузочно-транспортных комплексов и, в частности, не позволяют эффективно использовать мощные канатные карьерные экскаваторы. В то же время мобильные гидравлические экскаваторы из-за ограниченного ресурса и резкого падения надежности после 7–10 лет службы не выдерживают конкуренции с карьерными механическими лопатами при разработке тяжелых скальных пород. В результате проведения исследований и промышленных экспериментов были установлены и апробированы комбинированные решения по использованию канатных и гидравлических экскаваторов в своих рациональных областях для эффективного применения на горном производстве. Предлагаемая область приоритетного применения гидравлических экскаваторов определяется в зонах планируемой низкой концентрации буровзрывных работ, где коэффициент использования канатных экскаваторов составляет менее 0,5, а мобильных гидравлических – при условии специального геомеханического обеспечения – не менее 0,7. В то же время гидравлические экскаваторы напрямую не могут конкурировать с мощными карьерными механическими лопатами при отработке тяжёлых скальных пород. Поэтому предлагается специальная технология внутриблоковой дифференциации параметров буровзрывных работ, которая решает задачу геомеханического обеспечения эффективного внедрения гидравлических экскаваторов в горном производстве.

коэффициент вскрышиугол наклона борта карьерапогрузочно-транспортные комплексыдифференциация параметров буровзрывных работмониторинг процесса экскавацииинтеллектуальные комплексы мониторингаритмичность отгрузки горной массыканатный экскаваторгидравлический экскаваторобратная лопатаstripping ratiopit slope angleloading and haulage systemsdifferentiation of drilling and blasting parametersexcavation process monitoringintelligent monitoring systemsrock mass loading uniformityrope shovelhydraulic excavatorbackhoeReferencesBlom M., Pearce A. R., Stuckey P. J. Short-term planning for open pit mines: a review. International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2019;33(5):318–339.https://doi.org/10.1080/17480930.2018.1448248Blom M., Pearce A. R., Stuckey P. J. Short-term planning for open pit mines: a review. International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2019;33(5):318–339.https://doi.org/10.1080/17480930.2018.1448248Nehring M., Knights P. F., Kizil M. S., Hay E. A comparison of strategic mine planning approaches for in-pit crushing and conveying, and truck/shovel systems. International Journal of Mining Science and Technology. 2018;28(2):205–214. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2017.12.026Nehring M., Knights P. F., Kizil M. S., Hay E. A comparison of strategic mine planning approaches for in-pit crushing and conveying, and truck/shovel systems. International Journal of Mining Science and Technology. 2018;28(2):205–214. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2017.12.026Анистратов К. Ю. Технико-экономическое обоснование эффективности применения карьерных экскаваторов ЭКГ-18 с реечным напором ПАО «Уралмашзавод» на угольных разрезах. Горная промышленность. 2016;(5):18–23.Anistratov K. Yu. Feasibility Study of the Efficiency of Using EKG-18 Rack-and-Pinion Crowd Mining Excavators Manufactured by PJSC "Uralmashplant" in Coal Open-Pit Mines. Russian Mining Industry. 2016;(5):18–23. (In Russ.)Demirel N., Taghizadeh A., Khouri S., Tyuleneva E. Optimization of the excavator-and-dump truck complex at open pit mines–the case study. In: IIIrd International Innovative Mining Symposium. E3S Web of Conferences. 2018;41:01006. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20184101006Demirel N., Taghizadeh A., Khouri S., Tyuleneva E. Optimization of the excavator-and-dump truck complex at open pit mines–the case study. In: IIIrd International Innovative Mining Symposium. E3S Web of Conferences. 2018;41:01006. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20184101006Kuznetsov D., Kosolapov A. Dynamic of performance of open-pit dump trucks in ore mining in severe climatic environment. Transportation Research Procedia. 2022;63:1042–1048. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2022.06.104Kuznetsov D., Kosolapov A. Dynamic of performance of open-pit dump trucks in ore mining in severe climatic environment. Transportation Research Procedia. 2022;63:1042–1048. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2022.06.104Макаров В. Н., Анистратов К. Ю. Достижение наивысших рекордных показателей месячной производительности экскаваторов ЭКГ-18 на разрезах ЗАО "Стройсервис". Уголь. 2019;(1):20–26. http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-1-20-26Makarov V. N., Anistratov K. Yu. Achievement of the highest record indicators of the monthly production of EKG-18 excavators at open-pit mines of “Stroyservice” JSC. Ugol’. 2019;(1):20–26. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-1-20-26Upadhyay S. P., Askari-Nasab H. Simulation and optimization approach for uncertainty-based short-term planning in open pit mines. International Journal of Mining Science and Technology. 2018;28(2):153–166. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2017.12.003Upadhyay S. P., Askari-Nasab H. Simulation and optimization approach for uncertainty-based short-term planning in open pit mines. International Journal of Mining Science and Technology. 2018;28(2):153–166. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2017.12.003Дерябин С. А., Рзазаде У. А., Кондратьев Е. И., Темкин И. О. Метамодель архитектуры системы автономного управления транспортно-технологическими процессами в карьере. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(3):117–129. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_3_0_117Deryabin S. A., Rzazade U. A. O., Kondratev E. I., Temkin I. O. Metamodel of autonomous control architecture for transport process flows in open pit mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(3):117–129. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_3_0_117Samavati M., Essam D., Nehring M., Sarkeret R. A local branching heuristic for the open pit mine production scheduling problem. European Journal of Operational Research. 2017;257(1):261–271. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2016.07.004Samavati M., Essam D., Nehring M., Sarkeret R. A local branching heuristic for the open pit mine production scheduling problem. European Journal of Operational Research. 2017;257(1):261–271. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2016.07.004Samavati M., Essam D., Nehring M., Sarkeret R. A new methodology for the open-pit mine production scheduling problem. Omega. 2018;81:169–182. https://doi.org/10.1016/j.omega.2017.10.008Samavati M., Essam D., Nehring M., Sarkeret R. A new methodology for the open-pit mine production scheduling problem. Omega. 2018;81:169–182. https://doi.org/10.1016/j.omega.2017.10.008Хакулов В. А., Шаповалов В. А., Игнатов В. Н. и др. Обоснование рациональной технологии и области применения на карьерах гидравлических экскаваторов типа обратная лопата. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(8):112–127.https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_8_0_112Khakulov V. A., Shapovalov V. A., Ignatov V. N. et al. Rational technology and application domain of hydraulic backhoes in open pit mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(8):112–127. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_8_0_112Moreno E., Rezakhah M., Newman A., Ferreira F. Linear models for stockpiling in open-pit mine production scheduling problems. European Journal of Operational Research. 2017;260(1):212–221. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2016.12.014Moreno E., Rezakhah M., Newman A., Ferreira F. Linear models for stockpiling in open-pit mine production scheduling problems. European Journal of Operational Research. 2017;260(1):212–221. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2016.12.014Rais K., Kara M., Gadri L. et al. Original approach for the drilling process optimization in open cast mines; case study of Kef Essenoun open pit mine Northeast of Algeria. Mining Science. 2017;24:147−159. https://doi.org/10.5277/msc172409Rais K., Kara M., Gadri L. et al. Original approach for the drilling process optimization in open cast mines; case study of Kef Essenoun open pit mine Northeast of Algeria. Mining Science. 2017;24:147−159. https://doi.org/10.5277/msc172409Brown C. Autonomous vehicle technology in mining. World of Mining Professionals. 2012;(1):30–32.Brown C. Autonomous vehicle technology in mining. World of Mining Professionals. 2012;(1):30–32.Хакулов В. А., Шаповалов В. А., Игнатов В. Н. и др. Совершенствование методологии мониторинга геомеханического состояния и трансформации свойств массивов горных пород для обеспечения безопасности и эффективности геотехнологии. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(9):68–83.https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_5_1_20Khakulov V. A., Shapovalov V. A., Ignatov V. N. et al. Improvement of geotechnology based on monitoring and zoning of the geomechanical state of rock massifs. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(9):68–83. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_5_1_20Ляшенко В.И., Хоменко О.Е., Голик В.И. Развитие природоохранных и ресурсосберегающих технологий подземной добычи руд в энергонарушенных массивах. Горные науки и технологии. 2020;5(2):104–118. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-2-104-118Lyashenko V. I., Khomenko O. E., Golik V. I. Friendly and resource-saving methods of underground ore mining in disturbed rock masses. Mining Science and Technology (Russia). 2020;5(2):104–118. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-2-104-118Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Irina G. Improving the effectiveness of explosive breaking on the bade of new methods of borehole charges initiation in quarries. Metallurgical and Mining Industry. 2015;7(7):383–387.Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Irina G. Improving the effectiveness of explosive breaking on the bade of new methods of borehole charges initiation in quarries. Metallurgical and Mining Industry. 2015;7(7):383–387.Жабоев М.Н., Хакулов В.А, Бахарев Л.В., Равикович Б.С. Совершенствование технологии отбойки сложноструктурных массивов горных пород. Горный журнал. 1990;(9):22–23.Zhaboev M. N., Khakulov V. A., Bakharev L. V., Ravikovich B. S. Improvement of the blasting technology for complex-structured rock masses. Gornyi Zhurnal. 1990;(9):22–23. (In Russ.)Хакулов В. А., Карпова Ж. В., Хатухова Д. В., Шинахова А. Э. Совершенствование проектирования буровзрывных работ на основе экспертных систем искусственного интеллекта. Горный журнал. 2025;(2):13–18.https://doi.org/10.17580/gzh.2025.02.07Khakulov V. A., Karpova Zh. V., Khatukhova D. V., Shinakhova A. E. Improving drilling and blasting design based on artificial intelligence expert systems. Gornyi Zhurnal. 2025;(2):13–18. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2025.02.07

The authors declare that there are no conflicts of interest present.