CC BY
45
Из систем с гибкими свойствами самые низкие затраты имеют системы с передвижными модульными ПС и модульными КНК-
Установлены области применения различных ТПС. Наибольшее применение в глубоких карьерах должны получить системы с переносными ПС из конструктивных модулей и системы с передвижными ПС их технологических модулей и передвижными КНК-перегружателями (пластинчатыми, ковшовыми, ленточными) в сочетании со стационарным КТ.
УДК 622.684
Ю. И. Лель, Ю. Б. Мещерягин, Е. Ю. Ребрин
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОСАМОСВАЛОВ РАЗЛИЧНОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ПРИ ДОРАБОТКЕ КАРАГАЙСКОГО КАРЬЕРА
Глубина Карагайского карьера комбината «Магнезит» составляет 240 м, на конец отработки она возрастет до 340 м. В качестве технологического транспорта на перевозках руды используются автосамосвалы
БелАЗ-7522 (30 т) и БелАЭ-7523 (42 т) с гидромеханической трансмиссией. Вскрышные породы перевозятся автосамосвалами БелАЭ-7523, БелАЗ-7519 (110 т) и БелАЗ-75191 (100 т).
Собственный автотранспорт комбината представлен дизель-электрическими автосамосвалами БелАЗ-7519 и БелАЗ-75191, которыми перевозится 32,9 % объемов вскрышных пород. Привлеченным автотранспортом (Саткинское АТП) перевозится 67,1 % объемов вскрышных пород и 100% объемов руды.
Горно-технические условия эксплуатации автотранспорта на глубоких карьерах характеризуются расстоянием транспортирования высотой подъема горной массы Н, средневзвешенным /ср и руководящим (р уклонами трасс и другими показателями. Средневзвешенный уклон трассы определяется:
1ср=ЯД. 100%. (1)
Верхним пределом /ср является руководящий уклон автодорог, составляющий 8 %.
годы
I -----/7
Рис. 1. Динамика горно-технических условий эксплуатации технологического автотранспорта на Карагайском карьере:
/ — привлеченный автотранспорт; 2 — собственный автотранспорт (БелАЗ-7519. БелАЗ-75191); I —среднее расстояние перевозок, км; II— средняя высота подъема горной массы, м
Средневзвешенный уклон трасс на перевозках вскрышных пород собственным автотранспортом Карагайского карьера изменяется от 2,1 до 5,4, составляя в среднем 4,9%. Высота подъема горной массы изменяется от 72 до 221 м, составляя в среднем 157,1 м. Расстояние транспортирования варьируется от 2,5 до 4,9 км при среднем значении
Таблица I
Сравнительные условия эксплуатации и технико-экономические показатели работы автосамосвалов на карьерах черной металлургии
Показатели Средние значения по железорудным карьерам Карьер Ков-дорского ГОКа КарагайскиП карьер комбината «Магнезит»
Среднее расстояние транспортирования, км 2.32 2.40 3.51 3.33 3.75 3.22
Средняя высота подъема горной массы, м 89.0 173.0 191.3
105.4 1126.5 157.1
Средневзвешенный уклон трассы, % 3.84 3.90 4.78 3.80 5.10 4.88
Средняя грузоподъемность автосамосвала, т 80.1 104.6 50.1
110.0 110.0 110.0
Коэффициент использования парка, % 64.0 76.0 75.0 80.0 77.5 51.3 ' ч
Годовая производительность на среднесписочную автотонну, тыс. т 8.53 9.20 7.60 8.80 7.89 6.36
тыс. тк.м 19.80 22.68 26.70 29.40 29.60 20.50
Удельный расход дизельного топлива, г/ткм 109.6 119.5 117.2 120.1 106.6 136.1
г/т 254.3 286.8 411.4 399.9 399.8 438.2
Примечание. В числителе — для среднесписочного автосамосвала, в знаменателе — для БелАЗ-7519.
3,2 км. Условия эксплуатации привлеченного автотранспорта на технологических перевозках руды и вскрышных пород более-сложны и характеризуются следующими показателями: ¿ = 1,0—5,4 км (¿Ср= = 4,0км); #=34—317 м (ЯСР=208 м); ¿ср=3,3—6,5 % (¿сР=4,9 %) (рис. 1).
Горно-технические условия эксплуатации автотранспорта Карагайского карьера в значительной степени отличаются от среднеотраслевых, которые в 1992 г. характеризовались следующими показателями: ¿ср=2,32 км; ¿ср=3,84 %; Нср=89 м (табл. I). Это объясняется тем, что в настоящее время на карьерах черной металлургии СНГ более
70 % объемов перевозок технологическим автотранспортом составляют внутрикарьерные (сборочные) перевозки в комбинации с железнодорожным и конвейерным транспортом. В качестве самостоятельного (магистрального) вида транспорта автосамосвалы используются на карьерах небольшой глубины и производительности. Сложные условия эксплуатации, аналогичные условиям Карагайского карьера, имеют в настоящее время кимберлитовые карьеры ПО «Якуталмаз» и железорудный карьер Ковдорского ГОКа [1].
В 1985—1986 гг. институтом «Уралгипроруда» рассматривались варианты разработки Карагайского карьера с применением комбинированного автомобильно-конвейерного транспорта и дизель-троллейвозов.
По ряду причин ни один из перечисленных вариантов не был принят к реализации. В настоящее время проектом предусматривается отработка карьера с использованием автосамосвалов БелАЗ-7519 и БелАЗ-75191. В связи с этим горно-технические условия эксплуатации автотранспорта постоянно усложняются: так, среднегодовое увеличение высоты подъема горной массы составляет 13,4 м,расстояния транспортирования — 0,2 км и средневзвешенного уклона трасс — 0,21 % Указанные показатели имеют тенденцию к увеличению вследствие концентрации горных работ на глубоких горизонтах при доработке карьера: уже в настоящее время 92,5 % от общего грузооборота автотранспорта перевозится при Н> 100 м, 56% —при Я >200 м и 4,9 % — при //>300 м. На конец отработки высота подъема руды достигнет 330 м, а вскрыши — 420—450 м. Опыт эксплуатации автотранспорта в аналогичных условиях отсутствует как на отечественных, так и на зарубежных предприятиях.
Усложнение условий эксплуатации предопределяет снижение эксплуатационных и технико-экономических показателей автотранспорта. Особенно заметно это сказывается на показателях работы автосамосвалов БелАЗ-7519 и БелАЗ-75191. Так, с 1987 по 1991 гг. коэффициент использования парка автосамосвалов БелАЗ-7519 снизился с 44,0 до 33,0%, коэффициент технической готовности —с 60,6 до 51,4%, производительность на среднесписочную автотонну — с 7,6 тыс. т. до 5,4 тыс. т в год (рис. 2). Удельный расход дизельного топлива за тот же период увеличился с 121,9 до 138,8 г/ткм.
Более высокие и стабильные показатели имеют автосамосвалы БелАЗ-7522 и БелАЭ-7523 с модернизированной гидромеханической
•
годы
-1 ----/7 '
Рис. 2. Динамика производительности технологических автосамосвалов на среднесписочную автотонну:
I — автосамосвалы БелАЗ-7522 и БелАЭ-7523; 2 — автосамосвалы БелАЗ-7519 и БелАЗ-75191: I — производительность в тыс. т/т: II — в тыс. ткм/т
трансмиссией. В период с 1987 по 1991 гг. производительность на одну среднесписочную автотонну указанных моделей снизилась только на 5% при увеличении расстояния перевозок на 21,1 % (с 2,7 до 3,3 км) и высоты подъема на 35,9 % (с 153,3 до 208,4 м). В 1991 г. производительность на одну среднесписочную автотонну автосамосвалов БелАЗ-7522 и БелАЗ-7523 была в 1,7 раза .выше производительности БелАЗ-7519. Высокие значения имели коэффициенты технической готовности (88,8%) и использования парка (83,8%)- Удельный расход дизельного топлива составлял 115,6 г/ткм для автосамосвалов БелАЗ-7522 и 91,9 г/ткм для — БелАЗ-7523, что, соответственно, в 1,2 и 1,5 раза ниже расхода топлива автосамосвалов БелАЗ-7519.
Лучшие эксплуатационные показатели автосамосвалов грузоподъемностью 30 и 42 т по сравнению с дизель-электрическими автосамосвалами в условиях Карагайского карьера объясняются следующими факторами:
1. Удельная мощность автосамосвалов БелАЗ-7522 (6,0 кВт/т) и БелАЗ-7523 (5,2 кВт/т) соответственно в 1,22 и 1,06 раза превышает удельную мощность БелАЗ-7519 и БелАЗ-75191. Это в значительной степени определяет лучшую приспособленность автосамосвалов БелАЗ-7522 и БелАЭ-7523 к сложным условиям эксплуатации.
2. Геометрическая вместимость кузова автосамосвала БелАЗ-7519 (44 м3) не обеспечивает полностью использования грузоподъемности на перевозках доломитов и диабазов, составляющих основной объем вскрыши. Вследствие этого коэффициент использования грузоподъемности БелАЗ-7519 (88,4 %) на 8,9% ниже, чем у автосамосвалов БелАЗ-7522 и БелАЗ 7523 (96,3 %).
3. Автосамосвалы грузоподъемностью 30 и 42 т характеризуются соответственно на 5,5 и 10 % меньшими коэффициентами тары по сравнению с БелАЗ-7519.
4. Автосамосвалы с дизель-электрическим приводом более сложны в конструкции и эксплуатации и требуют более высокого качества технического обслуживания и ремонта. В настоящее время техническая база автоцехов не удовлетворяет указанным требованиям.
В связи с изложенным особый интерес представляет сравнение эксплуатационных показателей Карагайского карьера со среднеотраслевыми значениями на железорудных предприятиях (см. табл. 1). Как видно, показатели БелАЗ-7519 Карагайского карьера ниже среднеотраслевых и показателен предприятия-аналога (Ковдорский ГОК). В то же время показатели среднесписочного автосамосвала в большинстве случаев превышают среднеотраслевые значения, несмотря на более сложные горно-технические условия. Это оправдывает ориентацию комбината «Магнезит» на преимущественное использование автосамосвалов грузоподъемностью 30 и 42 т при доработке Карагайского карьера. Однако эта ориентация требует более детального обоснования, поскольку противоречит сложившемуся в теории и практике открытых горных работ мнению, что основным направлением стабилизации технико-экономических показателей автотранспорта при увеличении глубины карьеров является увеличение грузоподъемности подвижного состава.
Основными факторами, ограничивающими применение дизель-электрических автосамосвалов грузоподъемностью 110 т при отработке глубоких горизонтов Карагайского карьера, являются:
1. Технические возможности автосамосвалов, выражающиеся в ограничении высоты подъема горной массы по условию нагрева тяговых генераторов и электродвигателей мотор-колес.
2. Необходимость дополнительного разноса бортов карьера и увеличение объемов вскрыши в конечных контурах.
В результате проведенных экспериментальных исследований разработана методика расчета предельных параметров трасс движения дизель-электрических автосамосвалов по условию нагрева тягового электрооборудования. Методика основана на сравнении среднеквадратичных токов за один транспортный цикл с допустимыми (длительными) их значениями [2). Установлено, что допустимая (предельная) высота подъема горной массы определяется следующими факторами: допустимыми длительными токами тягового электроооборудования, руководящим и средневзвешенным уклонами автодорог, коэффициентом использования грузоподъемности, продолжительностью погрузки и ожидания (остановок) в транспортном цикле, характеристиками системы вентиляции.
Таблица 2
Ограничения параметров трасс движения автосамосвалов БелАЗ-7519 в условиях Карагайского карьера
(1р.=8%, /У> 105,2 м, 1СР>2,96%)
Параметр грассы Ограничения
По высоте подъема По расстоянию откатки По средневзвешенному уклону
Н, М — Н — 105,2 £> 29.6 2,96 Н 'ср< Я-105,2
Ь, км Н < 105.2+29,6Л — 10,52 'ср< ¿+29,6
¡Ср. % и - Ю5,2/ср 'ср — 2,96 10,52 1ср —2,96 —
При разработке упрощенного варианта методики трасса движения представлялась совокупностью временных забойных и отвальных автодорог, а также постоянных и полустационарных. Последние разделялись на наклонные с руководящим уклоном, горизонтальные и слабонаклонные участки. В этом случае в конкретных горно-технических условиях, используя экспериментальные данные и характеризуя трассу тремя основными параметрами (¿, И, ¿ср), после математических преобразований можно получить ограничения по любому из них при известных значениях двух остальных. Для условий Карагайского карьера такие эмпирические формулы представлены в табл. 2.
Максимальные значения /ср на Карагайском карьере при вывозке скальной вскрыши на Южный отвал достигают 6,0—6,4 %. В этих условиях высота подъема горной массы автосамосвалами БелАЗ-7519 не должна превышать 196—208 м. Таким .образом, в настоящий период граничные условия применения автосамосвалов БелАЗ-7519 определяются перевозками вскрышных пород с гор. +323 м на Южный отвал (отм. +520 м). При планировании вскрышных автоперевозок, изменении параметров трасс и увеличении высоты Южного отвала рекомендуется проводить оперативную оценку предельной высоты подъема по разработанной номограмме (рис. 3).
Теоретическая возможность эксплуатации БелАЗ-7519 на глубоких горизонтах Карагайского карьера может быть обеспечена следующими техническими мероприятиями:
1) снижением загрузки автосамосвалов с увеличением высоты подъема,
2) устройством площадок отстоя на определенных участках трассы для охлаждения тягового электрооборудования,
3) устройством на гор. +323 м внутрикарьерного склада для перегрузки горной массы из автосамосвала в автосамосвал.
Как показал опыт эксплуатации автосамосвалов БелАЗ-7519 и НД-1200 на Ковдорском ГОКе и ПО «Якуталмаз», все перечисленные мероприятия приводят к снижению производительности автосамосвалов
Рис. 3. Номограмма для оценки предельной высоты подъема горной массы автосамосваламн БелАЗ-7519 по условию нагрева тягового электрооборудования:
|'Ср — средневзвешенный уклон трассы. %: ¡р — руководящий уклон автодорог. ьг — коэффициент использования гру. зоподъемности; /п +/0— продолжительность погрузки и ожиданий в транспортном цикле, мнн; Н — предельная высота подъема, м
или требуют значительных капитальных или эксплуатационных затрат. Это же подтверждается результатами моделирования. Установлено, что независимо от вида мероприятия, производительность автосамосвалов БелАЗ-7519 будет характеризоваться резким снижением при определенной высоте подъема горной массы (рис. 4). Так, при /ср=6 % это снижение начинается при Я>200 (линия сйе). При //=400 м производительность автосамосвалов будет на 27—30 % меньше теоретически возможной при работе без перегрева тягового электрооборудования. Все это приведет к дальнейшему снижению технико-экономических показателей БелАЗ-7519.
Отечественной промышленностью не освоен серийный выпуск сигнализаторов перегрева, блокирующих работу автосамосвалов. В настоящее время такими сигнализаторами оборудованы японские автосамосвалы НД-1200 на Ковдорском ГОКе. Без соответствующего технического обеспечения в условиях Карагайского карьера не возможен достаточно точный контроль загрузки БелАЗ-7519, коэффициент использования грузоподъемности которых уже в настоящее время не превышает 0,88.
Перед Белорусским автозаводом и ПО «Динамо» необходимо поставить вопрос о модернизации и конструктивном совершенствовании автосамосвалов БелАЗ-7519 для работы в тяжелых горно-технических условиях. Такая модернизация должна осуществляться при применении синхронного генератора (подобно БелАЗ-7521) и разработке конструкций генераторов и мотор-колес повышенной мощности. Расчетами установлено, что для эффективной эксплуатации указанных автосамосвалов при И=300 м мощность тягового генератора должна быть увеличена
Рис. 4. Зависимость производительности автосамосвалов БелАЗ-7519 от глубины карьера (высоты подъема горной массы) и средневзвешенного уклона трассы:
¿Ср — средневзвешенный уклон трассы. %; аЬсйе — линия ограничения производительности по условию нагрева тягового электрооборудования
на 11%, а двигателя мотор-колес — на 4 %. Для эксплуатации при #=400 м увеличение мощностей должно составить соответственно 15 и 7,7%.
Таким образом, в настоящее время наиболее приемлемым альтернативным вариантом при решении проблемы транспортирования вскрышных пород с глубоких горизонтов Карагайского карьера является применение автосамосвалов БелАЗ-7522 и БелАЭ-7523 с преимущественной ориентацией на последнюю модель. Указанные модели характеризуются достаточно надежной работой при Н = 300 м. Вместе с тем необходимы дальнейшие исследования температурных режимов двигателей и гидромеханических передач, т. к. в настоящее время отсутствует опыт эксплуатации данных моделей в горно-технических условиях, которыми будет характеризоваться доработка Карагайского карьера (#>400 м).
Технологические преимущества применения автосамосвалов грузоподъемностью 30—42 т в условиях Карагайского карьера заключаются в меньшей ширине транспортных берм, рабочих площадок, в сокращении объемов разноса бортов в конечном контуре карьера по сравнению с автосамосвалами грузоподъемностью 110 т.
Углы откоса бортов карьера при погашении составляют: Северного— 25—32°, Восточного — 42—44°, Южного и Западного — 46—47°. При отработке карьера трасса постоянных автодорог с гор. +95 м по гор. +359 м располагается на Северном борту, угол погашения которого определяется углом залегания полезного ископаемого. В этих ус-
7овиях сокращение ширины транспортных берм не приводит к уменьшению разноса борта карьера. Реальную экономию по разносу бортов при замене автосамосвалов БелАЗ-7519 па БелАЭ-7523 можно получить на Западном и Южном бортах карьера (с гор.+359 м по гор. -г487м), углы которых близки к конструктивным.
Сокращение объема разноса бортов от размещения транспортных берм при замене автосамосвалов БелАЗ-7519 на БелАЗ-7523 определится по формуле:
У=У,-У2=Н2к(В,-В2)Кр/Шр, (2)
где V — сокращение объема разноса борта, м3; У2 — объем разноса борта от размещения транспортных берм при использовании автосамосвалов грузоподъемностью <71, <72 (<7|><72). м3; Нк — глубина карьера (разность отметок начала и конца трассы), м; В\, — ширина транспортных берм при использовании автосамосвалов грузоподъемностью соответственно <71, <72, м; /гР — коэффициент развития трассы.
Формулу (2) можно представить в виде:
V = И' (В\ - Вг)]21ср. (3)
В нашем случае: Нк = 487 — 359 = 128 м, В1 = 28 м, В. = 20 м, «ср = 0,067.
V = 128= (28 - 20)/2 0,067 = 978149 м3.
Следовательно, сокращение объемов вскрышных работ составит 978,1 тыс. м3 (6,5% от оставшихся объемов вскрыши в контурах карьера). При постановке Южного и Западного бортов в конечное положение (1995—1998 гг.) ежегодные объемы вскрышных работ могут быть снижены на 244,5 тыс. м3 (10%). Это свидетельствует о технологической целесообразности использования автосамосвалов грузоподъемностью 42 т не только в нижней, но и в верхней зоне Карагай-ского карьера, начиная с 1995 г.
Стратегия формирования парка технологического автотранспорта при доработке Карагайскего карьера должна заключаться в замене автосамосвалов БелАЗ-7519 на БелАЭ-7523. Замену необходимо производить как путем приобретения новых БелАЭ-7523 по мере списания БелАЗ-7519, так и постепенной передачей БелАЗ-7519 на Степной и Мельнично-Паленнхинский участки, где горно-технические условия эксплуатации менее сложны. Замена автосамосвалов должна быть завершена к началу постановки Южного и Западного бортов в конечное положение (1995 г.).
Экономический эффект от внедрения рекомендаций по зональному распределению автосамосвалов различной грузоподъемности и формированию рациональной структуры автопарка при доработке Кара-гайского карьера составит 51,9 млн руб в год в ценах июня 1992 г., экономия дизельного топлива — 1984,7 т в год.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Изыскание и внедрение технологических схем для рациональной эксплуатации автосамосвалов различной грузоподъемности на карьере Ковдорского ГОКа: Отчет/ ИГД МЧМ СССР. Рук. Лель Ю. И., № ГР 01870054446. Инв. № 028. 00058323,— Свердловск, 1987,— 66 с.
2. Яковлев А. И. Конструкция и расчет электромотор-колес.— М.: Машиностроение, 1970 - 182 с.
