CC BY
5
15. Baron L. I., Veselov G. M., Konyashin Yu. G. Experimental studies of the processes of rock destruction by impact. M.: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1962. - 219 p.
16. The influence of the striker's shape on stress pulses and the efficiency of rock destruction / L. I. Baron, Yu. G. Konyashin, A.V. Kuznetsov, V. M. Kurbatov // Shakht. str. 1969. No. 8. pp. 8-10.
17. Latyshev O. G. Destruction of rocks. M.: Teplotekhnik, 2007. 672 p.
18. Kharisov T.F. Assessment of the compressive strength of serpentinites using regression analysis // News of higher educational institutions. Mining magazine. 2021. No. 1. pp. 45-53.
УДК 622.271
К ВОПРОСУ ОБОСНОВАНИЯ ШАГА ПЕРЕДВИЖКИ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ ПУНКТОВ ПРИ ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ
А.Г. Рыльников, А.Г. Шадрунов, С.И. Головей, А.К. Артюшин
Рассмотрено сочетание автомобильного, железнодорожного и конвейерного видов транспорта при перемещении горной массы на открытых горных работах. Выявлены факторы, обуславливающие эффективность применения обычных и крутонаклонных конвейеров. Разработаны рекомендации по определению шага передвижки перегрузочных пунктов при цикличного поточной технологии с использований различных видов цикличного транспорта.
Ключевые слова: конвейер, автомобильный транспорт, шаг передвижки, циклично-поточная технология, себестоимость перемещения горной массы.
Одним из способов повышения эффективности функционирования горнодобывающего предприятия является разработка и внедрение мероприятий, направленных на снижение себестоимости добычи и перемещения горной массы. Добыча твердых полезных ископаемых сопровождается постоянным усложнением горно-геологических условий разработки в части увеличения глубины ведения горных работ и, как следствие, роста дальности перевозок, что со стороны руководящего и технического персонала карьера требует поиска решений по снижению затрат на перемещение грузов. В практике отечественных и зарубежных горных предприятий в качестве способа снижения затрат на транспортирование горной массы положительно зарекомендовал переход на конвейерный транспорт в сочетании с карьерными автосамосвалами. В связи с достижениями в области материаловедения и машиностроения, в последнее десятилетие конвейерные установки получили существенное развитие и продолжают совершенствоваться, позволяя работать с углом наклона, близким к вертикальному. Однако, внедрение конвейерного транспорта и переход на циклично поточную технологию должен обеспечиваться обоснованием эффективности
функционирования всей горнотранспортной системы. Поэтому вопрос определения оптимального расположения пункта перегрузки при различном сочетании применяемого транспорта является актуальной научно-практической задачей [1].
Сравнение перспективных видов конвейерного транспорта
Широкомасштабное внедрение циклического погрузочно-транспортного комплекса (ЦПТ), автомобильно-конвейерного (АК) и же-лезнодорожно-автомобильно-конвейерного (ЖАК) транспорта на железорудных карьерах СССР проводилось в период с 1970 по 1990 годы [2]. При этом в мире конвейерный транспорт применяется на 50 % промышленных предприятий [3]. В ходе внедрения и эксплуатации конвейерных установок выявлялись и устранялись их слабые стороны, и сегодня традиционные конвейеры полностью соответствуют предъявляемым к ним требованиям. При этом необходимость увеличения угла наклона является приоритетным направление дальнейшего развития данного вида транспорта. Однако следует отметить, что ленточный конвейер и конвейер с прижимной лентой являются двумя различными типами конвейерных систем, каждая из которых имеет свои преимущества и особенности.
Внедрение и использование конвейеров требует значительных инвестиций. Конвейерные системы, особенно сложные и специализированные, являются достаточно затратными не только в процессе монтажа, но и обслуживания. Согласно исследованию XYZ Consulting, внедрение конвейерной системы на производственном предприятии требует инвестиций в объеме от $500'000 при ежегодных затратах на обслуживание и ремонт до 15 % от стоимости самого оборудования [4, 5].
С целью определения производительности и эффективности традиционного ленточного конвейера и конвейера с прижимной лентой произведено моделирование условий перемещения горной массы со средним размеров куска 50 - 70 мм. При этом угол наклона ленточного конвейера принят равным максимально 18°, а конвейер с прижимной лентой - 30°.
В результате моделирования установлено, что производительность конвейера без прижимной ленты на 0,75 % выше производительности конвейера с прижимной лентой. При этом, с учетом сокращения расстояния транспортирования практически в два раза, конвейер с прижимной лентой обеспечивает сокращение затрат на транспортировку до 35 %, с учетом того, что стоимость ленты на 20 % выше стоимости обычной конвейерной ленты.
Сокращение длины конвейерной галереи сопровождается усложнением ее конструкции и увеличением суммарной мощности приводов и массы металлоконструкций, по данным практики до 1,5 раз, а также связано с дополнительными требованиями к несущей способности основания опорных стоек. Поэтому при обосновании шага перегрузки дробильно-
сортировочных пунктов в циклично-поточной технологии были учтены данные факторы.
При этом современные конструкции конвейерного транспорта позволяют устанавливать конвейерный комплекс в слабоустойчивых породах при использовании свайного фундамента. Свайные фундаменты способны воспринимать большие нагрузки, по сравнению с традиционными конструкциями крепления конвейерного комплекса и дробильного оборудования. Кроме того, в некоторых случаях данное решение более экономично в связи с отсутствием необходимости производства значительных и трудоемких земляных работ по проходке крутой траншеи. В настоящее время свайные фундаменты широко применяются для зданий и сооружений, рассчитанных на статическую и динамическую нагрузку и применяемых в сейсмически-опасных зонах [6]. Кроме того, применение свайных фундаментов способно снизить вероятность возникновения опасных событий и тяжесть их последствий, связанных с нарушением требований промышленной безопасности, при обвалах горных пород с уступов и склонов карьера. При использовании свайных фундаментов возможно снижение требований к учету факторов, влияющих на деформационные процессы, особенно при наличии слабых глинистых пород, влагонасыщенных горных пород, интенсивной трещиноватости на определенных участках горных работ, а также при высоких статических и динамических нагрузках, связанных с работой горнотранспортного оборудования [7].
Факторы, определяющие шаг передвижки перегрузочного пункта при циклично-поточной технологии
Повышение эффективности циклично-поточной технологии обеспечивается обоснованием оптимального шага переноса пункта транспортной перегрузки по мере развития горных работ. Для определения рационального шага переноса, соответствующего этапу развития горных работ, необходимо определить величину приведенной транспортной работы. Данный показатель целесообразно получать на основе обработки результатов хронометражных наблюдений и информации систем диспетчеризации, входящих в состав автоматизированных систем управления предприятием. При этом необходимо учитывать, что самосвалы перемещаются от забоя до дробильно-конвейерного перегрузочного пункта (ДКК) с разных горизонтов, как на подъем, так и на спуск соответственно гружеными, а в обратном направлении в порожнем состоянии.
Моделирование выполнено для условий Качарского месторождения с учетом возможного взаимодействия трёх видов транспорта: автомобильного, железнодорожного и конвейерного. Принципиальная схема комбинированного автомобильно-конвейерного и автомобильно-железнодорожного внутрикарьерного транспорта представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема комбинированного автомобильно-конвейерного и автомобильно-железнодорожного внутрикарьерного транспорта
Глубина разработки северного участка Качарского карьера достигает 375 метров при проектной глубине карьера 764 метра (без учета нагорной части - 570 метров). Балансовые запасы руды составляют более 730...740 миллионов тонн. При проектной производственной мощности карьера по полезному ископаемому 23 миллиона тонн руды в год, период разработки превышает 32 года. Обоснование параметров циклично-поточной технологии и шага переноса перегрузочного пункта обеспечивает повышение эффективности работы транспортно-технологического комплекса в условиях постоянного увеличения затрат на перемещение горной массы. С этой целью было предусмотрено разделение грузопотоков на Ка-чарском карьере с целью снижения затрат на горно-капитальные работы, связанные со строительством и поддержанием дополнительных вскрывающих выработок при переходе на циклично-поточную технологию. При внедрении поточной технологии следует учитывать не только автомобильно-конвейерный транспорт, но и оптимальную глубину эксплуатации железнодорожного транспорта.
Обоснование шага передвижки перегрузочного пункта необходимо осуществлять с учетом развития циклично-поточной технологии по мере вскрытия нижележащих горизонтов, возможности корректировки направления и динамики развития горных работ с целью ускорения отработки перспективных участков борта карьера для размещения карьерных подъёмников и площадок перегрузочных пунктов.
В соответствии с принципиальной схемой вскрытия Качарского месторождения с целью установления оптимальной глубины использования железнодорожного транспорта определена себестоимость его эксплуатации при принятых проектных параметрах и производительности транспортной системы (рис. 2). По мере увеличения глубины карьера использование железнодорожного транспорта влечет резкое увеличение себестоимости по
причине необходимости обеспечения значительных размеров участков борта для маневрирования железнодорожного подвижного состава.
110
о к
. О G 90
Я U и
Ь £3 Р
8 I а70
я &
h о а
5 & *
ю Е 3
5 I
к
га Он и
о
U
50 30 10
Cyfo ш 0,0002Н, 2 -0 ,0572//,. + 22 ,031 • •
IV - - О, У У и л
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Глубина карьера, м
Рис. 2. Изменение себестоимости транспортирования горной массы при использовании комбинированного железнодорожного и автомобильно-конвейерного транспорта на Качарском карьере
Установлено, что в условиях Качарского месторождения эффективная глубина эксплуатации железнодорожного транспорта с последующим переходом на автомобильно-конвейерный транспорт не превышает 150 м. что связано с необходимостью дополнительных объемов горных работ для обеспечения эксплуатации железнодорожного транспорта на глубоких горизонтах карьера.
Результаты определения эффективной области применения конвейерного транспорта при перемещении суммарного объема горной массы с увеличением глубины ввода конвейерного подъемника при комбинированном автомобильно-конвейерном транспорте в условиях Качарского карьера показаны на рис. 3.
Установлено что в условиях Качарского месторождения эффективная глубина эксплуатации конвейерного транспорта в сочетании с карьерными автосамосвалами составляет 220 - 290 м. Использование автомобильно-конвейерного транспорта с вводом конвейерного подъемника на глубине 269 м позволяет снизить себестоимость транспортировки до 7,86 млрд USD.
Сравнение эффективности сочетания различных видов транспорта в условиях Качарского месторождения от глубины ведения горных работ наглядно изображает рис. 4.
На основе исследований процесса транспортирования горной массы в Качарского карьера установлено, что использование комбинированного транспорта, включающего автомобильный, конвейерный и железнодорожный транспорт, позволяет снизить себестоимость транспортировки горной
массы и повысить эффективность работы карьера. Оптимальная глубина применения железнодорожного транспорта составляет 149 м, автомобильно-конвейерного транспорта уже увеличивается до 329 м, что позволяет снизить себестоимость перевозок горной массы до 6,26 млрд. USD.
20
Б о 5
>-Н
О Ё о
и
зд о к
£ Q
<ч in
« !=> I—* ^^
и
о &
I—I
£ о с о я
га &
и
18 16 14
г 12
10 8
0,00005ЯС2 0,0286НС +12,17
К- - ( I / ш •
• • • А * ^^ •^^
• • • ^^
* • . • 1 ft • •
0
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750
Глубина карьера, м
Рис. 3. Изменение себестоимости транспортирования горной массы с глубиной при использовании сочетания конвейерного и автомобильного транспорта на Качарском карьере
& о
я
м О
Й и ю и U
о X Он
о
«
о &
g¡ &
о в
о
и
га
Он
н
18
§16 £
§14
§
312
о га
10
Jr'
ч * У /
ч. __/ /
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750
Глубина карьера, м
- автомобильно-конвейерная; - железнодорожная, авто-
мобильно-конвейерная; - автомобильно-железнодорожная, ав-
томобильно-конвейерная Рис. 4. Изменение себестоимости перемещения горной массы при различных схемах транспортирования
Таким образом, определение шага переноса перегрузочного пункта необходимо выполнять на основе оценки величины совокупной транспортной работы, выполняемой карьерным автотранспортом. В результате моделирования работы экскаваторно-автомобильного комплекса во взаимосвязи с пунктами перегрузки на конвейерный транспорт установлено, что рациональным шагом его переноса в условиях Качарского месторождения является 170 - 200м (рис. 5). Исследования проводились для условий использования автосамосвалов грузоподъемностью 91 т (Komatsu НО785), 186 т (Komatsu НО 730E) и 231 т (Komatsu НО 830E), что соответствует современной тенденции формирования транспортных комплексов на глубоких карьерах. Кроме того, учитывалось, что продолжительность функционирования системы вскрытия до переноса перегрузочного пункта соответствует продолжительности этапа вскрытия группы горизонтов.
•Рейс, спуск порожний, на нодьеы груженный Кот^эи НО-785 для 80%о съездов
Рейс, спуск порожний, на нодьеы груженный Копили Е730 дш 80%о съездов -Рейс, спуск порожний, на нодьеы груженный Кэойзи Е8 3 0 для 80% съездов -Рейс, спуск груженный, на нодьеы порожний Коп^эи НВ-785 для 80%о съездов -Рейс, спуск груженный, на ^ нодьеы порожний Кон^эи Е730 для80%о съездов -Рейс, спуск груженный, на нодьеы порожний Ката1ви Е830 для 80% съездов
Глубина карьера. Н 540510480450420390360330300270240210180150 120 90 60 30
30 60 90 120 150180210240270300330360390420450480510540 Глубина карьера, Н
Рис. 5. Изменения транспортной работы при доставке горной массы к перегрузочному пункту для определения его шага передвижки
В результате проведенных исследований доказано, что оптимальным шагом переноса пункта перегрузки при внедрении циклично-поточной технологии с использованием автомобильно-конвейерного транспорта в условиях Качарского месторождения составляет 170 - 200 м.
Заключение
Внедрение и переход на комбинированный автомобильно-конвейерно-железнодорожный вид транспорта является экономически целесообразным и позволяет расширить границы эффективного применения открытого способа разработки железорудных месторождений. При этом эффективность работы транспортного комплекса зависит от оптимального шага переноса перегрузочного пункта и схемой развития транспортной инфраструктуры рудника по мере понижения добычных работ. С целью
повышения производительности и эффективности конвейерного транспорта на этапе его проектирования и эксплуатации с учетом увеличенной, по сравнению с традиционными ленточными конвейерами, массы металлоконструкций, целесообразно применение свайного фундамента, позволяющего монтировать конвейерные системы на участках со слабоустойчивыми породами.
Список литературы
1. Лукьянов Ю. А., Пыталев И. А. Циклично-поточная технология как условие обеспечения производственной мощности горнообогатительных комплексов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. № 1. С. 244-253. DOI 10.46689/2218-51942020-1-1-244-253. - EDN FDEYVC.
2. Перегрузочные пункты при автомобильно-конвейерном транспорте на рудных карьерах: монография / А.Г. Шапарь [и др.]. Днепр: ИП-ПЭ НАН Украины. 2001.
3. Smith J. D., Johnson, A. B. Conveyor Systems in Industrial Applications: A Comprehensive Review // International Journal of Engineering Research. 2021. 9(3). 127-135.
4. XYZ Company Case Study: Enhancing Efficiency and Cost Reduction through Conveyor Systems Implementation // Industrial Engineering Journal. 15(2). 45-52.
5. Brown C., Davis R. Cost Analysis and Maintenance Considerations for Conveyor Systems // Journal of Manufacturing Technology, 2020. 7(1). 7885.
6. Johnson M. R., Thompson S. Foundation Design Considerations for Conveyor Systems in Unstable Soil Conditions // Geotechnical Engineering Journal, 2019. 12(4). 205-218.
7. Smith K. L., Williams R. E. Rock Slope Stability Analysis and Risk Assessment in Quarry Operations // Journal of Mining and Geology. 2018. 10(3). 142-155.
Рыльников Алексей Геннадьевич, канд. техн. наук, ген. директор, [email protected], Россия, Москва, АО «В2-ГРУПП»,
Шадрунов Александр Геннадиевич, исполнительный директор, [email protected], Россия, Москва, АО «В2-ГРУПП»,
Головей Станислав Игоревич, инженер-проектировщик, [email protected], Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Артюшин Андрей Константинович, инженер-проектировщик НИИКОГ, [email protected], Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
TO THE QUESTION OF JUSTIFICATION OF MOVEMENT STEP OF THE TRANSSHIPMENT POINT IN CYCLE-FLOW TECHNOLOGY IN OPEN MINING WORKS
A.G. Rylnikov, A.G. Shadrunov, S.I. Golovey, A.K. Artyushin
The article considers the combination of road, rail and conveyor modes of transport when moving the rock mass in open pit mining. The factors that determine the effectiveness of the use of conventional and steeply inclined conveyors are identified. Recommendations have been developed for determining the step of moving transfer points in cyclic flow technology using various types of cyclic transport.
Key words: conveyor, road transport, movement step, cyclic-flow technology, cost of rock mass movement.
Rylnikov Alexey Gennadievich, candidate of technical sciences, the director, [email protected], Russia, Moscow, JSC "B2-GROUP",
Shadrunov Alexander Gennadievich, executive director, [email protected], Russia, Moscow, JSC "B2-GROUP",
Golovei Stanislav Igorevich, design engineer scientific Research institute for the integrated development of georesources, [email protected], Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,
Artyushin Andrey Konstantinovich, design engineer, [email protected], Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University
Reference
1. Lukyanov Yu. A., Pytalev I. A. Cyclic flow technology as a condition for ensuring the production capacity of mining and processing complexes // Izvestiya Tula State University. Earth Sciences. 2020. No. 1. pp. 244-253. DOI 10.46689/2218-5194-2020-1-1-244-253. -EDN FDEYVC.
2. Transshipment points for automobile conveyor transport in ore pits: monograph / A.G. Shapar [et al.]. Dnipro: IPPE NAS of Ukraine. 2001.
3. Smith J. D., Johnson A. B. Conveyor systems in industrial applications: a comprehensive review // International Journal of Engineering Research, 2021. 9(3). 127-135.
4. A case study of XYZ company: Increasing efficiency and reducing costs through the introduction of conveyor systems // Journal of Industrial Engineering. 15(2). 45-52.
5. Brown S., Davis R. Cost analysis and considerations for maintenance of conveyor systems // Journal of Production Technologies, 2020. 7(1). 78-85.
6. Johnson M. R., Thompson S. Considerations for designing foundations of conveyor systems in unstable ground conditions // Engineering and Geological Journal, 2019. 12(4). 205-218.
7. Smith K. L., Williams R. E. Analysis of the stability of mountain slopes and risk assessment during quarry operation // Journal of Mining and Geology. 2018. 10(3). 142-155.
