Карьерные автодороги их значимость и проблемы совершенствования Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Ю.И. Лель, Ю.В. Стенин, А.Г. Колчанов, 2011

УДК 622.684.+ 625.7

Ю.И. Лель, Ю.В. Стенин, А.Г. Колчанов

КАРЬЕРНЫЕ АВТОДОРОГИ —ИХ ЗНА ЧИМОСТЬ И ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Дана оценка роли дорожно-транспортных условий карьеров в эффективности их эксплуатации. Приведён анализ влияния дорожно-транспортных условий карьеров на эффективность эксплуатации карьерного транспорта и предложены основные направления совершенствования дорожных условий в карьерах.

Ключевые слова: разупрочнение горного массива, транспортные коммуникации, технологические автодороги.

~П ыемка и транспортирование — основные процессы технологии добычи полезного ископаемого. Если на долю процесса выемки приходится порядка 20—25 % затрат на открытую разработку месторождений, то на перемещение горных пород — 30— 50 %.

Для обеспечения эффективности процесса выемки применяются различные способы подготовки горных пород, основным из которых являются разупрочнение горного массива с помощью буровзрывных работ. Доля затрат на эти работы составляет до 30— 40 % от полной стоимости открытой добычи.

Работы по подготовке процесса перемещения горных пород включают проходку вскрывающих выработок и транспортных берм и сооружение транспортных коммуникаций.

Затраты на сооружение и содержание технологических автодорог карьеров составляют в основном в пределах 5—8 % от затрат на транспортирование горной массы автотранспортом, или 1,5—4,0 % от полной стоимости открытой добычи.

Причем не менее двух третей от них идет на содержание и ремонт.

В настоящее время имеет место тенденция увеличения средней грузоподъемности автосамосвалов. Эта тенденция обусловлена широким внедрением автосамосвалов грузоподъёмностью 80—120 т более. Стоимость таких автомобилей составляет 2,0— 2,5 млн. долл. и более, а эксплуатация обходится в 60—150 тыс. дол. на один автосамосвал в год. В этих условиях дорога должна обеспечивать надежную работу автомобилей, и компенсировать тяжелые дорожные условия за счет создания резервной прочности конструкции автосамосвалов

становится экономически неэффективным

Однако, транспортно-эксплуатационные качества технологических автодорог на многих современных отечественных карьерах оставляют желать лучшего.

Дороги на рабочих уступах, срок службы которых, как правило, от нескольких месяцев до одного-полутора лет, выполняются в виде выравни-

вающего слоя толщиной 20—30 см на скальных породах и порядка 50 см, если рабочий уступ представлен слабо-несущими породами. Этот слой формируется чаще всего из мелко дробленных вскрышных пород и уплотняется бульдозерами и грейдерами в процессе планировки, а затем автосамосвалами в процессе их рабочего движения.

Естественно степень уплотнения таких дорог недостаточна и весьма неравномерна. Это и отсутствие эффективного водоотвода с поверхности проезжей части обусловливает интенсивное накопление таких дефектов как колейность, волны, просадки и выбоины.

Автодороги на съездах и транспортных бермах в нерабочей или временно нерабочей зоне, служащие 3—5 лет и более, имеют двух — трехслойную дорожную одежду и, как правило, щебеночное покрытие. Но и здесь сооружение дорог осуществляется по упрощенной технологии без специальной операции уплотнения. При эксплуатации дорог не уделяется должного внимания состоянию водоотводных кюветов. Поэтому на этих дорогах проявляются те же дефекты. Поперечные профили дорог не соответствуют требованиям СНиП, часто имеют обратный уклон и вогнутую форму. Это способствует застаиванию воды на проезжей части, особенно в осенний и весенний периоды, и является существенным фактором разупрочнения дорожной одежды и накопления дефектов.

Устранение дефектов осуществляется засыпкой их щебнем или мелко дробленой породой с последующей планировкой и уплотнением бульдо-

зерно-грейдерной техникой и доуп-лотнением в процессе рабочего движения автосамосвалов. В результате за период эксплуатации дороги толщина её дорожной одежды увеличивается в 1,5—2,0 раза без существенного увеличения прочности.

Дефекты проезжей части дороги, определяющие её ровность, и просыпи горной массы с кузова автосамосвалов являются причиной существенного увеличения затрат по основным статьям калькуляции себестоимости тонно-километра автотранспортной работы (рис. 1).

Причинами деформаций и разрушений проезжей части технологических дорог являются недостаточная прочность дорожных одежд, конструкция которых лишь приближенно учитывает природные условия работы дорог, параметры автотранспортного потока, и физико-механические свойства материалов, а технология строительства и ремонта весьма упрощенна.

На большинстве карьеров на сегодняшний день неудовлетворительная организационно-техничес-кая база строительства и содержания автотранспортных коммуникаций. Отсутствует необходимое инженерное обеспечение. Содержание проектносметной документации на строительство, ремонт и реконструкцию дорог не отвечает требованиям, предъявляемым к подобным документам, препятствуя тем самым сбору и анализу необходимых технико-экономических показателей работы дорожных служб карьеров. Планы работы составляется формально, контроль и приёмка выполненных работ в части объемов, и качества не осуществляется.

Не контролируется качество дорожностроительных материалов и транспортно-эксплуатационные характеристики покрытий автодорог, нет

простых и надежных методик оценки результатов работы дорожной службы.

Совершенствование дорожных условий эксплуатации технологического

транспорта автотранспорта,

Структура и взаимовлияние факторов, определяющих дорожные условия эффективности карьерного автотранспорта

ФАКТОРЫ

ЭКОНОМИЧЕСКОЙ

ЭФФЕКТИВНОСТИ

Расход шин

Износ автосамосвалов

Ж

Безопасность движения

Скорость движения, производительность

Расход топлива

Объем строительства и содержания дорог

ПОКАЗАТЕЛИ ТРАНСПОРТНОЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ (ТЭК) ДОРОГ

Поверхность проезжей части: ровность; сцепление;

просыпи ^ г

Сопротивление качений

Прочность дорожной одежды

Геометрические параметры дороги

Технология строительства и содержания карьерных автодорог

Конструкция поперечного профиля транспортных берм карьера

ОРГАНИЗАЦИОННО-

ТЕХНИЧЕСКИЕ

ФАКТОРЫ

Специалисты соответствующей квалификации

Дорожно-строительная техника

Дорожно-строительные материалы

Система оценок и средства измерения и контроля ТЭК

Система планирования и стимулирования дорожностроительных работ на карьере

Рис. 1

особенно на крупных карьерах, использующих автосамосвалы грузоподъемностью 110—130 т и более, важный резерв в повышении эффективности открытой разработки месторождений.

Проведенными к настоящему времени исследованиями в институтах: ИГД УрО РАН под руководством профессоров Васильева М.В., Яковлева В.Л., Смирнова В .П.; Санкт-Петер-бургском государственном горном университете под руководством профессора Кулешова А.А.; Уральском горно-геологическом университете под руководством профессора Хохрякова В.С.; Челябинском ЦНТИ НИИОГР под руководством профессора Галкина В.А. и в Московском институте Промтрансниипроект создана определенная теоретическая база для реального совершенствования дорожных условий. Разработаны предложения по конструкциям дорожных одежд для раз-

личных природно-климатических и горно-технических условий, по параметрам поперечного профиля дорог, по технологии строительства и ремонта дорог в условиях карьеров и пылеподавлению, по организации дорожной службы карьеров и оснащению её дорожно-строительной техникой и штатами; методика оптимизации продольного профиля дорог и методика планирования дорожностроительных работ для условий карьеров.

По данным разных исследований за счет обеспечения конструкций дорог и дорожных одежд соответствующих параметрам автотранспортного потока и более тщательного строительства и содержания дорог возможно снизить затраты на технологический транспорт по отдельным статьям на 20—60 % (рис. 2).

В тоже время, учитывая структуру себестоимости автотранспортных работ

и данные на рис. 2, дорожные условия определяют, по крайне мере, 23—27 % затрат на перемещение горной массы автосамосвалами.

Наиболее значимы свойством дорог, определяющим сопротивление качению скорость и производительность автосамосвалов, расход топлива и автошин, износ автосамосвалов, а так же безопасность и комфортабельность поездки, является ровность покрытий, определяемая прочностью дорожной одежды и технологией ее строительства и содержания.

Технологические дороги отечественных карьеров имеют значительные неровности. Исследованиями по оценке ровности автодорог, проведенными в ряде карьеров на базе автосамосвалов БелАЗ-7519 (110 т), установлено, что колебания кузова автосамосвала при движении по карьерным дорогам составляют от 260—280 до 450—480 см/км. Абсолютная величина ускорений автомобиля при преодолении неровностей достигает в отдельных случаях 7,0—7,3 м/с2, а среднее значение её по отдельным трассам изменяется от 1,23 до 3,7 м/с2 в грузовом и от 1,8 до 4,17 м/с в порожняковом направлении. В результате автосамосвалы, особенно их неподрессоренные части, испытывают значительные динамические нагрузки, обусловливающие их интенсивный износ. В то же время от колес автосамосвала передаются динамические нагрузки на поверхность дороги, увеличивая размер и интенсивность неровностей.

Неровности являются и основной причиной механических повреждений шин на долю которых приходится от 50 до 70 % случаев их списания.

Рис. 2. Влияние дорожных условий на снижение в % основных статей затрат на автотранспорт горной массы

Так, расчетами, выполненными специалистами Ленинградского государственного горного университета и Челябинского ЦНТИ НИИОГР, установлено, что за счет устранения и снижения отказов шин из-за порезов, расслоения и разрывов их ресурс может быть повышен на 40—50 %. На 25—40 % может быть уменьшено количество отказов в металлоконструкциях автосамосвалов за счет снижения динамических нагрузок при движении.

Улучшение транспортно-эксплуатационных качеств дорожных покрытий и снижение доли дорог без покрытий (временных дорог) обеспечит повышение скорости и производительности автосамосвалов и снижение расхода топлива (таблица).

Расчеты, выполненные институтом Промтрансниипроект показывают, что полная реализация технологии строительства автодорог на отечественном карьере обеспечит:

снижение расхода топлива на ... 7,0 %;

снижение затрат на капитальный

ремонт на...................... 25,0 %;

повышение производительности

автотранспорта на.............. 3,0 %;

повышение использования парка автомобилей на................. 15,0 %;

Реальное повышение качества вскрывающих автотранспортных коммуникаций карьеров, по нашему мнению, может быть достигнуто на основе системного подхода к их проектированию, строительству и содержанию. Необходим комплекс взаимоувязанных научно-технических решений по геометрическим параметрам и конструкции одежд карьерных автодорог, технологии и механизации их строительства и содержания, включая вопросы экологии и безопасности, по организации дорожной службы карьеров. На каждом карьере следует создавать специализированную дорожную службу, укомплектованную штатами специалистов и дорожностроительной техникой и обеспеченную нормативной документацией.

дении.

Влияние качественных характеристик дорожных условий на показатели работы автосамосвалов грузоподъемностью 80 т*

Длина Доля дорог без трассы покрытия, ед «забой - (временных до- разгруз- рог, м,) ка», км Средневзвешенное со-против-ление качению, Н/т * * Показатели работы автосамосвалов при основной части дороги с щебеночным покрытием (Ж = 0,03) Показатели работы автосамосвалов при основной части дороги с асфальтобетонным покрытием (Ж = 0,015)

Средне-техническая скорость, км/ч Производитель-ность авто-само-свала, т/смену Расход топли-ва за рейс, л Средне-техническая скорость, км/ч Произво- Расход дитель- топлива ность ав- за рейс, тосамо- л свала, т/смену

1,0 0,3 (300 м) 390/285 23,4 2031 15,43 26,2 2107 14,0

0,2 (200 м) 360/240 24,1 2050 15,07 27,5 2140 13,4

0,0 (0 м) 300/150 25,5 2090 14,35 30,6 2207 12,3

1,5 0,5 (750 м) 450/375 22,2 1696 22,12 23,9 1753 20,6

0,3 (450 м) 390/285 23,4 1737 21,05 26,2 1821 18,9

0,0 (0 м) 300/150 25,5 1802 19,44 30,6 1935 16,3

2,0 0,5 (1000 м) 450/375 22,2 1476 28,10 23,9 1533 26,0

0,3 (600 м) 390/285 23,4 1517 26,60 26,2 1604 23,7

0,0 (0 м) 300/150 25,5 1583 24,52 30,6 1722 20,4

0,5 (1500 м) 450/375 22,2 1171 40,06 23,9 1226 37,0

повышение пробега крупногабаритных шин на................. 18,0 %.

А проведенные ИГД УрО РАН испытания опытных участков автодорог на карьере Михайловского ГОКа, построенных с соблюдением параметров конструкции и технологии строительства, показывают, что работоспособность карьерных автодорог может быть повышена в 4—5 раз и во столько же раз снижены затраты на их содержание и ремонт.

Таким образом, учитывая выше изложенное, создание и усовершенствование дорожных условий в карьерах в соответствии с параметрами автотранспортного потока горной массы в карьерах является актуальным для предприятий открытой разработки месторож-

3,0 0,3 (900 м) 390/285 23,4 1210 37,91 26,2 1294 33,6

0,1 (300 м) 330/195 24,8 1252 35,77 29,0 1371 30,2

0,0 (0 м) 300/150 25,5 1275 34,60 30,6 1412 28,5

* при iсв = 4,5 % и коэффициенте сопротивления качению участка временной дороги Ж = 0,06

** в числителе средневзвешенное сопротивление качению при основной части дороги с щебеночным покрытием; в знаменателе — тоже самое с асфальтобетонным покрытием.

• разработка и совершенствование технологии строительства и содержания карьерных автодорог с учетом особенностей и требований ведения горных работ,

• разработка и совершенствование конструкций автодорог и дорожной сети, обеспечивающих как безопасные условия эксплуатации карьерного автотранспорта, так и высокую эффективность его работы,

• совершенствовать методы расчета оптимальных конструкций дорожных одежд для карьерных автодорог с уклонами до 100—120 %, рассчитанных на движение автосамосвалов грузоподъемностью до 300—400 т и ограниченный срок службы,

• разработка методов и приборов контроля качества карьерных автодорог и нормативов по их содержанию и ремонту, дифференцированных по условиям их эксплуатации.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------

Лель Ю.И. — пр офессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой разработки месторождений открытым способом Уральского государственный горного университета, egorgi@mail.ru. или belas7540@yandex.ru.

Стенин Ю.В. — доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры разработки месторождений открытым способом Уральского государственный горного университета Екатеринбург,

Колчанов А.Г. — кандидат технических наук, ведущий специалист института

ПРОМТРАНСНИИПРОЕКТ.

Данную задачу необходимо решать на базе тесного взаимодействия представителей производства и науки. Основными направлениями её решения являются:

1.Создание на карьерах производственного подразделения дорожноэксплуатационной службы, оснащенного соответствующими специалистами, техникой и методами планирования и контроля качества и объемов до-рожно-строитель-ных работ;

2. Подготовка специалистов по строительству и содержанию карьерных автодрог;

3. Апробирование, корректировка и внедрение разработанных к настоящему времени рекомендаций по конструкции, технологии строительства и содержанию карьерных автодорог;

4. На базе накопления и систематизации опыта строительства и содержания карьерных автодорог: