Особенности создания и применения на открытых горных работах специализированных транспортных средств Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© П.И. Тарасов, 2008

УДК 622.684:629.114 П. И. Тарасов

ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

~П настоящее время процесс транспортирования на открытых -Я-М разработках не только оказывает влияние на производительность и экономику горного производства, но и определяет возможность развития горных работ на глубоких горизонтах карьеров. Дальнейшая эксплуатация действующих карьеров будет зависеть от преодоления все более усложняющихся горнотехнических условий. В снижении их влияния на показатели горного производства важнейшую роль играет развитие технического прогресса во всех видах карьерного транспорта.

Предпосылками к развитию новых транспортных технологий служат современные проекты отработки месторождений, в которых за счет более высоких требований к технике, увеличиваются объемы добычи, снижаются объемы горно-капитальных работ, продляются сроки службы карьеров.

Исследования развития транспортных систем в последние десятилетия были направлены на решение следующих, наиболее актуальных задач:

- изыскание способов крутонаклонного подъема горной массы с глубоких горизонтов карьеров, обеспечивающих минимальное занятие бортов карьеров транспортными бермами;

- разработка способов и средств перегрузки горной массы при комбинированном транспорте, обеспечивающих эффективную эксплуатацию сборочного и магистрального видов транспорта и минимальное занятие площадей на уступах;

- обоснование рациональной последовательности формирования транспортных систем глубоких карьеров на основе оптимизации параметров и сфер применения основных и специализированных видов карьерного транспорта.

39

Основные направления по совершенствованию карьерных автосамосвалов, на наш взгляд, будут выглядеть следующим образом:

• повышением надежности и увеличением срока службы автосамосвалов;

• автоматизацией учета, нормирования и планирования расхода материальных ресурсов;

• созданием специализированных и специальных автотранспортных средств для конкретных условий эксплуатации, учитывающих специфические особенности месторождения;

• использованием комбинированных источников энергии;

• применением нетрадиционных и восполняемых источников энергии;

• созданием автоматизированных систем управления карьерным автотранспортом.

Практически все перечисленные направления развития карьерного автотранспорта при неуклонно усложняющихся горнотехнических условиях, ужесточающихся требованиях к надежности, экономичности, удельной мощности, «экологичности» могут быть решены при создании специализированных и специальных автотранспортных средств для открытых горных работ.

Мировая промышленность на современном этапе в состоянии создать технически совершенный универсальный карьерный автосамосвал с высокими мощностью, грузоподъемностью, надежностью и т.д. Гораздо сложнее увязать это со стоимостными, массо-габаритными показателями. Исследования показывают, что более эффективным на сегодняшний день и в ближайшем будущем может оказаться не универсальный, а специализированный транспорт, адаптированный по техническим характеристикам к технологическим особенностям конкретного карьера.

Детальный анализ возможностей отечественного машиностроения позволяет с уверенностью говорить, что предприятия России в состоянии с успехом справиться с поставленной задачей.

Если раньше создание специализированной машины было связано с высокой стоимостью и длительным сроком разработки и изготовления, то на сегодняшний день техника и технологии, а также существующий задел в машиностроении позволяет в относительно

40

короткие сроки и по приемлемой цене изготовить требуемое оборудование.

Изучение существующего положения дел в горнодобывающей промышленности позволило сделать вывод, что создание и внедрение специализированной и специальной автотранспортной техники способно предотвратить возможный кризис (по техническим и технологическим причинам) многих горнодобывающих предприятий, а также будет способствовать выходу из сложного экономического положения и увеличению числа заказов машиностроительных предприятий.

В настоящее время энергосбережение приобретает особую значимость, охватывая большинство сфер промышленного производства. В частности, большое внимание уделяется повышению эффективности транспортирования горной массы карьерным автотранспортом, основной составляющей которой является расход дизельного топлива.

Удельный расход топлива на транспортирование горной массы карьерными автосамосвалами составляет 80-140 г/ткм. При этом на перевозку 1 т горной массы требуется до 2 л дизельного топлива, а общая потребность в нем на отдельных предприятиях достигает 100 тыс. т в год. В общей себестоимости транспортирования горной массы расходы на дизельное топливо составляют 15-30 %.

Сегодня все острее встает проблема систематизации условий эксплуатации карьерного автотранспорта, поскольку многообразие параметров и характеристик карьеров не позволяет удовлетворить индивидуальные требования каждого из них в конструкции автосамосвалов. Отечественные производители карьерных автомобилей поднимают вопрос о целесообразности классифицировать действующие и проектируемые карьеры с учетом их перспективного развития на группы по принципу тех-нолого-экономической значимости автотранспорта в общей системе эффективного функционирования карьера [1]. Такая систематизация необходима как автопроизводителям, так и технологам и проектировщикам горных предприятий, и будет способствовать созданию карьерных автотранспортных средств, отвечающих современным горнотехническим условиям конкретных горнорудных предприятий.

На наш взгляд, целесообразно делить карьеры по характеру условий эксплуатации автомобильного транспорта на типовые группы,

41

или зоны, для чего необходимо установить степень эффективного использования автомобильного транспорта на рудных карьерах. Под типовыми условиями автомобильного транспорта следует понимать совокупность средних, наиболее вероятных, условий, которые определяют эксплуатационные и технико-экономические показатели работы автотранспортных средств.

В настоящее время вся совокупность возможных условий эксплуатации карьерного автотранспорта варьируется в значительных пределах. Максимальной глубиной ведения открытых горных работ на ближайшую перспективу можно считать 800-1000 м. Так, установлено, что технические возможности открытого способа, например, в Западной Якутии, позволяют освоить глубины до 800850 м [2], а дальнейшее развитие карьера «Мурунтау» (Навоийский ГМК), предполагается до глубины 1000 м [3].

В качестве определяющего признака классификации при установлении зон предлагается средневзвешенный продольный уклон автодорог, в значительной мере определяющий условия эксплуатации автотранспорта. Согласно предлагаемой систематизации (рис. 1) выделены:

- нагорные карьеры - выше уровня земной поверхности;

- неглубокие карьеры - карьеры глубиной до 200 м;

- глубокие карьеры - карьеры глубиной до 400 м;

- сверхглубокие карьеры - глубиной до 600 м;

- суперглубокие карьеры - глубиной более 600 м.

Безусловно, основным (превалирующим) транспортом в ближайшем будущем останутся классические карьерные автосамосвалы с дизельным двигателем в сочетании либо с гидромеханической, либо с электромеханической трансмиссией колесной формулой 4^2. Удельная мощность дизельных двигателей всего параметрического ряда карьерных автосамосвалов должна отвечать условиям эксплуатации и наиболее вероятно будет иметь, как минимум, два диапазона - для средних и тяжелых условий эксплуатации. При этом скорость движения на 8%-процентных затяжных подъемах должна составлять не менее 18-20 км/ч. Но наряду с классическими карьерными автосамосвалами все большее распространение будут находить специализированные и специальные автотранспортные средства.

42

СПЕЦИАЛЬНЫМ И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ АВТОТРАНСПОРТ

НЕГЛУБОКИЕ КАРЬЕРЫ

Г' I

и

ГЛУБОКИЕ КАРЬЕ РЫ

I_I

-/\/ // /у

у///}'

; /• /• у;

.сверхглубокие

карьеры

.упер- '

глубокие

карьеры ' '

КАРЬЕРНЫЕ АВТО, =4-5% САМОСВАЛА!

сРв. 6-8% СВАЛЫ

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ АВТОСАМО-

=8-12%

АВТОСАМОСВВАЛЫ С КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГОСИЛОВОЙ УСТА НОВКОЙ

1ср.в. до 35%

УГЛУБОЧНЫЙ КОМПЛЕКС

Рис. 1. Систематизация карьеров с применением мобильного транспорта на колесном и гусеничном ходу по условиям эксплуатации

Перспективным направлением в развитии карьерного автотранспорта является создание специализированного и специального автотранспорта. Под специализацией понимается конструктивные изменения автотранспорта. Специализация требует изменения большого количества узлов и агрегатов, и особенно силовой установки, к которой в современных условиях предъявляются высокие требования по экологичности, экономичности, надежности при условии обеспечения высокой производительности автосамосвала, то есть скорости и преодолеваемого уклона. Разработка и применение новых типов энергосиловых установок на карьерном автотранспорте целесообразно в том случае, если они при сохранении достигнутого уровня основных показателей эксплуатации будут иметь ряд преимуществ.

Институт горного дела УрО РАН совместно с рядом институтов и предприятий (РУПП «БелАЗ», Институт «Уралгипроруда», ООО «ОМЗ-Горное оборудование и технологии», ООО «Уральский дизель-моторный завод», Конструкторское бюро транспортного машиностроения г. Омск, УКБТМ г. Нижний Тагил, ФГУП Урал-трансмаш, УГТУ-УПИ и др.) разрабатывает ряд новых транспортных и погрузочных средств (табл. 1). Концепция комплекса горнотранспортных средств предложена Институтом горного дела УрО РАН.

Рассматриваемые предложения направлены на организацию разработки и производства новых транспортных средств для открытых горных работ.

Ближайшими целями проекта по созданию комплекса специализированных транспортных средств являются: получение подтверждения о технико-экономических и эксплуатационно-технических преимуществах предложенного комплекса перед существующей горно-транспортной техникой; исследование свойств и отработка конструктивных решений предложенных машин; разработка технологий эффективного применение новых средств геотехники.

Перспективные цели проекта: организация серийного производства предложенных транспортных средств для открытых горных работ, широкое их внедрение на горнодобывающих предприятиях.

44

Основные особенности предложенных транспортных средств.

1. Троллейвоз - карьерный автосамосвал не имеющий дизельного двигателя и питаемый электроэнергией от контактной (троллейной) сети через токоприемное устройство.

2. Автосамосвал с комбинированной энергосиловой установкой (автосамосвал с КЭУ) - карьерный автосамосвал имеющий в составе энергосиловой установки газотурбинный двигатель и аккумулятор энергии. Такая конструкция позволяет автосамосвалу использовать рекуперацию энергию торможения при движении под уклон при спуске в карьер и запасать эту энергию в аккумуляторе. В дальнейшем эта энергия используется на тяговом режиме автосамосвала.

3. Гусеничный самосвал - карьерный самосвал на гусеничном ходу, обладающий повышенной маневренностью, способный преодолевать крутые уклоны (до 35-50%), сохраняя устойчивость и обеспечивая приемлемую производительность. Самосвал может быть выполнен с поворотной платформой, что повышает его маневренность и функциональность.

Основные преимущества, обеспечиваемые предложенным комплексом карьерных транспортных средств.

1. Троллейвоз обладает повышенной производительностью, высокой надежность, что особенно актуально в суровых климатических условиях. Троллейвоз не имеет выхлопа отработавших газов, что обеспечивает высокие экологические качества. Троллейвоз имеет низкие эксплуатационные затраты, которые несмотря на достаточно высокие первоначальные капитальные затраты (на строительство контактных линий) обеспечиваю существенное снижение себестоимости транспортирования горной масс, особенно на большие расстояния -10-30 и более км. Питание технологического транспорта электроэнергией, вырабатываемой на местных источниках энергии (гидроэлектростанции, миниэлектростанции на добываемом угле, местных видах топлива и др.) в отдаленных регионах зачастую значительно выгоднее, чем доставка дизельного топлива за многие тысячи километров. Так в Западной Якутии до 40% стоимости дизельного топлива составляю расходы на его доставку.

45

о\ Таблица 1

Перспективные мобильные транспортные средства

Название транспортного средства Энергосиловая установка По сравнению с автосамосвалом Условия применения Примерные сроки реализации

Преимущества Недостатки

Автосамосвал со специальными тормозами Дизельный двигатель (ДВС) Способен работать на уклонах 14% и более при обеспечении всех требований безопасности Связаны с недостатками традиционных автосамосвалов Транспортирование горной массы сверху вниз (нагорные карьеры) 2008-2012 гг.

Троллейвоз Питание от троллейной сети (ТрС) Не требуется нефтяное топливо, повышенная производительность, независимость от климатических условий эксплуатации, безгаражное хранение Низкая автономность и мобильность Карьеры, расположенные на расстоянии 10-30 км от обогатительных фабрик 2008-2010 гг.

Турбо- аккумуляторный автосамосвал (ТАА) Газотурбинный двигатель + аккумулятор энергии (ГТД + АЭ) Снижается расход топлива, повышается производительность, сохраняется мобильность, автономность, безгаражное хранение Снижается эффективность работы на дорогах со средне взвешенным уклоном менее 4% и расстоянием транспортирования менее 2 км Глубокие карьеры с высотой подъема горной массы не менее 100 м расстоянием транспортирования 2км 2010-2015 гг.

Углубочный комплекс в составе В стадии разработки Работа на больших уклонах (до 32%) на Небольшой срок службы техники Расстояние транспортирования 2008-2012 гг.

погрузочного и транспортного средств нижних горизонтах карьеров глубиной 600 и более метров на гусеничном ходу в условиях карьеров 0,3-1,0 км высота подъема до 200 м

Троллей- автопоезд (ТАП) Питание от троллейной сети Не требуется нефтяное топливо, повышенная производительность, большая грузоподъемность при высокой маневренности и малых размерах в плане Низкая автономность, сложность конструкции, специфические условия применения При комбинированной разработке месторождений (как единое транспортное звено для шахты и карьера) 2010-2020 гг.

Троллейно -аккумуляторный самосвал (ТрА) Питание от троллейной сети + аккумулятор энергии (Тр + АЭ) Не требуется нефтяное топливо, безгаражное хранение Ограничение условий эксплуатации На глубоких карьерах в качестве магистрального транспорта 2009-2012 гг.

4-—I

2. Карьерный автосамосвал с КЭУ обладает повышенной производительностью, низкой токсичностью отработавших газов, что исключает возможность простоев горного оборудования по причине сверхнормативного загрязнения атмосферы карьера. При повышенной производительности автосамосвал обладает пониженным расходом топлива (за исключением условий транспортировки по горизонтали на большие расстояния, когда использование рекуперации энергии практически исключено). Такой автосамосвал способен без потери производительности преодолевать большие уклоны, чем традиционные карьерные автосамосвалы, поэтому его применение обеспечивает снижение объема извлекаемой пустой породы за счет увеличения уклонов карьерных автодорог, что приводит к снижению себестоимости полезного ископаемого.

3. Гусеничный самосвал способен надежно работать в стесненных условиях глубинной зоны карьера, преодолевая затяжные крутые уклоны. Повышенные уклоны обеспечивают:

- значительное сокращение объемов вскрыши,

- возможность дополнительно добывать оставляемую при применении современных технологий часть полезного ископаемого под дном карьера и в прибортовых целиках,

- значительно уменьшается расстояние транспортирования, а следовательно необходимый рабочий парк транспортного оборудования.

Конструкция гусеничного самосвала обеспечивает уменьшение его ширины по сравнению с существующими образцами карьерных автосамосвалов, что позволяет уменьшить ширину автодорог в карьере и дополнительно уменьшить объем вскрыши.

К настоящему времени по проекту выполнено следующее.

1. Троллейвоз. Проработаны компоновочные решения троллейвоза, предложены общие конструктивные решения, определяемые технологией ведения открытых горных работ. К производству троллейвозов готов приступить ПО «БЕЛАЗ» (Республика Беларусь, г. Жодино). В проекте готовы участвовать ФГУП «Уралтрансмаш» (г. Екатеринбург), ФГУП КБ «МОТОР» (г. Москва).

2. Автосамосвал с КЭУ. Проработаны компоновочные решения автосамосвала с КЭУ, предложены параметры энергоси-

48

ловой установки. Свою заинтересованность в разработке автосамосвалов с КЭУ высказало руководство ПО «БЕЛАЗ». Определены потенциальные производители комплектующих (тягового аккумулятора энергии, газотурбинного двигателя). Достигнута договоренность о взаимодействии в плане создания газотурбинного двигателя для КЭУ с ФГУП «Завод им. В.Я. Климова», который готов приступить к модернизации существующего двигателя ГТД-1250 с целью повышения мощности и улучшения топливной экономичности до уровня лучших современных дизельных двигателей.

3. Гусеничный самосвал. По разработанному ИГД УрО РАН техническому заданию выполнены технические предложения на создание гусеничного самосвала грузоподъемность 25-30 и 40-43 тонн предприятиями ФГУП КБТМ (г. Омск) и ФГУП УКБТМ (г. Нижний Тагил). рассматривается вариант изготовления гусеничного самосвала на базе техники ОАО «ЧТЗ-Уралтрак» грузоподъемностью порядка 10 т. Выпуск вспомогательной техники на гусеничном ходу (машины для доставки людей и грузов, буровые станки, зарядные машины и др.) может осуществлять ФГУП «Уралтрансмаш», ОАО «НИПИГОРМАШ». Для гусеничного самосвала ФГУП УКБТМ определены стоимость серийного образца и общие затраты на проектирование, испытание и постановку в серийное производство гусеничного самосвала.

Анализ потребности в новых транспортных средствах проводится ИГД УрО РАН совместно с рядом проектных институтов. Так, совместно с Институтом «Уралгипроруда» проведено исследование возможности применения комплекса новых транспортных средств на существующих и перспективных карьерах Уральского региона. В настоящее время в Уральском регионе карьеры достигает своих предельных контуров. В большинстве случаев их дальнейшая отработка требует расширения их границ в плане, что зачастую осложнено внешними факторами или экономически неэффективно из-за необходимости выемки больших объемов вскрышных пород. Возникает острая необходимость в новом подходе к отработке глубинных запасов существующих карьеров, особенно это касается транспортной составляющей. Комплекс новых транспортных средств позволяет уменьшить затраты на транспортирование горной массы с больших глубин.

49

Совместно с Институтом «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» проведены исследования по возможности применения гусеничных самосвалов на кимберлитовых карьерах Западной Якутии. Расчеты показали значительных эффект от внедрения предложенной техники.

Однако потребность в таких транспортных средствах не ограничивается рассмотренными в рамках указанной работы предприятиями.

Хотелось бы отметить высокие показатели экономии суммарных годовых эксплуатационных затрат во всех вариантах и особенно при применении троллейвозов на сложившихся, постоянных дорогах с повышением их качества и автосамосвалов с КЭУ, позволяющих достигать ощутимой экономии в дизельном топливе. Гусеничный самосвал при его использовании как вскрывающего новые горизонты углубочного комплекса и позволяющего при помощи повышения транспортного уклона, а следовательно и общего угла борта карьера, добывать дополнительные объёмы руды ниже проектных отметок карьера и возможного контура для автомобильного транспорта при этом значительно понизить текущий коэффициент вскрыши.

Осуществление проекта требует взаимодействия большого числа предприятий и организаций и значительных объемов финансирования. Институтом горного дела УрО РАН налажены связи с потенциальными производителями машин в целом и комплектующих для них. Большую часть научно-технических разработок и производства можно осуществлять на Урале, поскольку здесь сложилась развитая инфраструктура научно-исследовательских и проектных институтов, машиностроительных предприятий соответствующего профиля. Достигнуты договоренности о принципиальном участии ряда предприятий в осуществлении проекта. в реализации проекта заинтересован крупнейший мировой производитель карьерной автотехники - ПО «БЕЛАЗ». Предложена структура взаимодействия предприятий при осуществлении проекта.

Для реализации проекта необходимо выполнить следующее. Провести технические проработки предложенного комплекса карьерных транспортных средств. Наладить взаимодействие предприятий по созданию новых транспортных средств. Определить объем необходимых средств на выполнение проекта и ор-

50

ганизовать финансирование проекта. Проработать проектные решения по технологии ведения открытых горных работ. Решение такой комплексной задачи не под силу одной или нескольким организациям. Необходим некий координирующий орган (например, научно-технический совет), который мог бы заниматься организацией взаимодействия по всем указанным вопросам.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Егоров А.Н., Войтов В.Т. Силовые агрегаты карьерных автосамосвалов // Горный журнал. - Специальный выпуск. - 2004.

2. Акишев А.Н., Бахтин В.А., Бондаренко Е.В., Бабаскин С.П. Управление развитием рабочей зоны кимберлитовых карьеров // Горная промышленность. - 2004. - № 1.

3. Вклад ВНИПИПромтехнологии в становление и развитие карьера «Мурун-тау» / Е.Н. Каменев, А.В. Селезнев, С.К. Рубцов, А.М. Иоффе // Горный журнал. -2007.-№5.-С. 14-18. ЕШ

— Коротко об авторе —

Тарасов П.И. - к.т.н., ИГД УрО РАН.

51

А

© П.Л. Мариев, 2008