CC BY
60
© П.И. Тарасов, В.О. Фурин,
A.Г. Ворошилов, С.В. Лобанов,
B.М. Нсволин, 2007
УДК 622.271.3.002.5
П.И. Тарасов, В.О. Фурин, А.Г. Ворошилов,
С.В. Лобанов, В.М. Неволин
КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ГУСЕНИЧНЫХ САМОСВАЛОВ ДЛЯ РАБОТЫ НА ПОВЫШЕННЫХ УКЛОНАХ
Семинар № 19
Эффективность открытого способа разработки возрастает при интенсивной углубке рабочей зоны и при минимальном объеме разноса бортов карьера. Становится целесообразным вовлечение в сферу открытой разработки месторождений, залегающих на глубине 600 и более метров. Не менее важной задачей является продление срока службы карьеров, достигших своей проектной глубины, а также переход от открытого способа разработки к подземному без остановки добычных работ и существенной потери мощности обогатительных фабрик.
Для решения задач выбора транспортного оборудования для карьеров различной глубины, а также на различных стадиях отработки специалистами ИГД УрО РАН предлагается систематизация карьеров, включающая классификацию по глубине и по типам применяемого транспортного оборудования (рис. 1) [1].
По данным института «Якутни-проалмаз» (г. Мирный, Якутия) на ряде кимберлитовых месторождений в Западной Якутии, в Архангельской области, в Анголе имеется область применения углубочных работ по специальной технологии с применением гусеничного транспортного средства.
Применение новой технологии позволяет значительно сократить объем вскрышных работ в контурах отрабатываемых карьеров, а также повысить предельную глубину открытых горных работ.
В настоящее время горные работы на карьерах Западной Якутии ведутся на глубине от 30 до 500 м при средневзвешенной глубине их ведения 176 м. К 2010 г. открытые горные работы достигнут глубины 600 м и, вероятно, будут продолжены до глубины 700-760 м [2].
Переход на подземный способ добычи алмазов требует серьезных затрат на строительство шахтных комплексов. Такие затраты могут частично перекрываться за счет продолжения открытых горных работ на карьерах, где целесообразна доработка запасов полезного ископаемого на участках, не вошедших в проектный контур карьера, а также на карьерах, где достигнутая проектная глубина может быть пересмотрена из-за применения новых технологических решений и использования нетрадиционных схем погрузочно-транспортного оборудования.
Основные факторы, характеризующие условия ведения работ на сверхглубоких, суперглубоких карьерах, в зоне интенсивной углубки:
специальный и специализированный
АВТОТРАНСПОРТ
НЕГЛУБОКИЕ ________
КАРЬЕРЫ I 1
'■/////////////і/і
ГЛУБОКИЕ КАРЬЕРЫ
ч
^^СВЕРХГЛУБОКИЕ I <600м Vч КАРЬЕРЫ I
^////\
£упер- /
ГЛУБОКИЕ/ КАРЬЕРЫ I
I •
КАРЬЕРНЫЕ АВ-,=4-5% ТОСАМОСВАЛЫ
специализирован-
=6-8% НЫЕ АВТОСАМОСВАЛЫ
іср.в.=8-12%
Іср.в.ДО 33 /о
СПЕЦИАЛЬНЫЙ АВТО ТРАНСПОРТ
ГУСЕНИЧНЫМ
ТРАНСПОРТ
Рис. 1. Систематизация карьеров с применением автомобильного и гусеничного транспорта
- ограниченная ширина и крутые уклоны транспортных магистралей - до 33 %;
- отсутствие специального дорожного покрытия;
- стесненность и обводненность рабочей зоны, близость к взрывным работам;
- увеличение прочностных
показателей пород по глубине залегания;
- недостаточная эффективность мер по проветриванию и вентиляции, и как следствие, сильная загазованность рабочей зоны.
На алмазодобывающих карьерах Якутии к общим влияющим факторам добавляется ряд уникальных особенностей:
- отдаленность района месторождений от промышленно-развитых регионов;
- жесткие климатические условия при перепаде температур от +35 до - 41,6 °С (карьер «Удачный»);
- слабая несущая способность основания автодорог из-за сезонного оттаивания многолетней мерзлоты;
- отсутствие ветра в безоблачную морозную погоду.
Автосамосвалы грузоподъемностью 40-55 т основных мировых производителей могут преодолевать уклоны до 12 %. Преодоление более крутых уклонов технически возможно лишь на коротких участках, т.к. с увеличением затяжного подъема работа двигателя и трансмиссии на предельных режимах ведет к снижению надежности и выходу из строя узлов машины, повышается износ шин, возрастает расход топлива. При этом скорость транспортирования падает, а эксплуатационные затраты растут. Из-за снижения устойчивости, ухудшения видимости, невозможности движения на уклонах задним ходом остро встают вопросы безопасности.
Самосвалы с шарнирно-сочлененной рамой способны преодолевать более крутые уклоны по сравнению с обычными автосамосвалами. По данным производителей - до 34° (68 %) . Однако, с увеличением уклона дороги на обледенелом грунте ухудшается сцепление колеса с опорной поверх-
ностью, снижается поперечная и продольная устойчивость автомобиля. Существующие тормозные системы не обеспечивают безопасное движение по узким транспортным бермам, особенно на спусках и подъемах. Преимуществом самосвалов с шарнирно-сочлененной рамой является хорошая маневренность в стесненных условиях, сравнительно малый радиус разворота, но из-за снижения устойчивости, ухудшения видимости, невозможности движения на уклонах задним ходом остро встают вопросы безопасности.
Несмотря на это, увеличение уклона дорог на некоторых карьерах не только снижает объемы горно-капитальных работ и расстояние транспортирования, но и ведет к увеличению объема добываемой руды. Повышение уклона сокращает длину транспортной бермы, в результате чего увеличивается вскрываемая площадь рудного тела на конечной глубине карьера. Как показали исследования института «Якутнипроалмаз», при существующих контурах верхних горизонтов и принятых по условию устойчивости углах откоса уступов карьера за счет увеличения продольного уклона транспортной бермы на карьере «Удачный» можно значительно нарастить объем добываемой руды путём освоения запасов лежащих ниже отметки дна карьера, а также с вовлечением в добычу целиков транспортных берм и бортов не вошедших в проектный контур. Реализация такого способа может обеспечить ещё несколько лет работы ГОКа [3].
Для эффективной работы в сложных горно-технических условиях возникает необходимость создания принципиально нового типа карьерного транспорта - самосвала на гусеничном ходу с кузовом на поворотной платформе.
Основные преимущества гусеничного движителя перед колесным позволят гусеничному самосвалу успешно производить транспортировку горной массы с места выемки до перегрузочных пунктов или складов. А именно:
- высокие тягово-сцепные возможности гусеничного движителя смогут обеспечить преодоление крутых уклонов на номинальных режимах работы двигателя и трансмиссии на сравнительно высоких скоростях движения;
- проходимость и приспособляемость гусеничного самосвала к неровностям пути способны исключить затраты на подготовку и специальное покрытие дорог;
- характерная для машины на гусеничном ходу маневренность позволит с минимальными потерями времени подъезжать под погрузку и разгружаться;
- сравнительно низкое удельное давление на грунт обеспечит более безопасное перемещение по узким транспортным магистралям.
Полноповоротная платформа с установленным на ней кузовом позволит:
- устанавливать кузов под погрузку с минимальными потерями времени на маневрирование;
- исключить движение задним ходом;
- отказаться от традиционных схем подъезда под погрузку и исключить объемы работ на подготовку площадки для разворота;
- исключить разворот машины, и, как следствие, сократить потери энергии и износ элементов ходовой части.
Специалисты лаборатории транспортных систем карьеров и геотехники ИГД УрО РАН провели анализ существующих конструкций гусенич-
ных самосвалов и области их применения, который показал, что опыта использования гусеничных самосвалов в качестве карьерной техники в мировой практике нет.
Несколько зарубежных фирм занимается производством гусеничных транспортных машин различной грузоподъемности. Например, Hitachi выпускает ряд гусеничных самосвалов, представленный пятью машинами грузоподъемностью от 1,5 до 11 тонн, Komatsu - ряд из 2-х моделей грузоподъемностью 6 и 11 т, фирма Ishikawajima - гусеничный самосвалы от 2,5 до 10 т, фирма Morooka - 6, 10, 15-тонные самосвалы. Все перечисленные машины имеют дизельный двигатель, гидростатическую или гидромеханическую трансмиссию, поворотную платформу с углом поворота 360 градусов, балансирный гусеничный ход, резино-металлические гусеницы, большинство деталей взаимозаменяемых с гидравлическими экскаваторами соответствующего производителя. Такие машины маневренны, способны преодолевать уклон до 30 градусов, осуществлять подъезд под погрузку и разгрузку с любой стороны. Самосвалы предназначены для транспортировки грузов и людей в условиях бездорожья. Однако, эти и другие рассмотренные образцы производимой гусеничной техники спроектированы и изготовлены без учета сложных горнотехнических условий карьеров, поэтому применение их в качестве карьерного транспорта не представляется возможным.
Учитывая уникальные горнотехнические и климатические условия глубоких кимберлитовых карьеров Якутии, а также сложившуюся годами инфраструктуру ремонтных баз, принято решение обратиться на российские машиностроительные предприятия с предложением о создании новых
гусеничных транспортных средств грузоподъемностью 20, 40 и 60 т специально для доработки кимберлитовых карьеров Западной Якутии.
По результатам расчетов выбраны основные параметры, составлены технические задания для базовых моделей гусеничных транспортных машин. Технические задания согласованы с разработчиками технологии уг-лубочных работ и представителями транспортных предприятий ГОКов Якутии.
Проектирование и производство гусеничных машин могут вести несколько предприятий, специализирующихся в настоящее время на выпуске танков, самоходных артиллерийских орудий и гусеничных строительных экскаваторов. ФГУП «КБТМ», ФГУП «УКБТМ» представили технические предложения на создание гусеничных самосвалов грузоподъемностью 30 и 40 т. Основные технические характеристики проектируемых гусеничных самосвалов приведены в таблице [4, 5].
Ниже приведены конструктивные схемы гусеничных самосвалов грузоподъемностью 30-55 т.
1. Гусеничный самосвал с дизельным двигателем мощностью 1000 л.с., гидромеханической трансмиссией, открытым малоопорным гусеничным ходом (рис. 2). Базой для создания такой машины является транспортер, выпускаемый заводом в настоящее время. Конструктивно возможна реализация схемы боковой или задней разгрузки - выбор схемы будет зависеть от размеров площадки перегрузки и способа перегрузки (рис. 3). В зависимости от технологических параметров конкретного карьера (ширина транспортной бермы, уклон, размеры заходок) самосвалы могут оборудоваться поворотной платформой, что, несомненно, усложняет
Технические параметры гусеничных самосвалов грузоподъемностью 30 и 40 т
Параметр ГС-30П* ^TM ГС-30 №TM ГС-40П y^TM ГС-40 укб™
Г рузоподъемность, т 30 30 40 43
Полная масса, т 60 60 90 85
Мощность двигателя, л.с./кВт 1000/746 1000/746 1000/746 1000/746
Максимальная скорость, км/ч 30 30 10 10
Скорость движения с грузом на уклоне 18°, км/ч до 5 до 5 до 6 до 6
Тип трансмиссии г/мех г/мех г/стат г/стат
Число передач вперед/назад 4/2 4/2 4/4 4/4
Тип гусеницы PM0 PM0 ЗMШ ЗMШ
Тип подвески торсионы, гидро- амортизаторы торсионы, гидро- амортизаторы балансиры, гидро- амортизаторы балансиры, гидро- амортизаторы
Удельное давление на грунт, кг/см1 - - 1,4 1,3
Преодолеваемый уклон, град 18 18 20 20
Высота погрузки, мм 3267 3267 3000 3000
Угол поворота платформы, град. 360 0 360 0
Объем кузова, мі 15 15 18 19
Безопасность машиниста ROPS FOPS ROPS FOPS ROPS FOPS ROPS FOPS
Габариты, д/ш/в 8265/3568/ /3360 8265/3568/ /3360 10500/3200/ /4300 9500/3200/ /4600
конструкцию, но делает машину более маневренной.
2. Гусеничный самосвал грузоподъемностью 40 т с дизельным двигателем мощностью 1000 л.с., гидростатической трансмиссией, закрытым балансирным гусеничным ходом. На рис. 4 показана схема самосвала с полноповоротной платформой. Конструкция опорно-поворотного устройства аналогична применяемой предприятием-разработчиком на строительных гидравлических экскаваторах. Схема гусеничного самосвала с фронтальной разгрузкой показана на
рис. 5. Такая конструкция снижает общий вес машины и позволяет несколько увеличить грузоподъемность (до 43 т).
3. Гусеничный самосвал грузоподъемностью 40 т челночного типа. Машина с дизельным двигателем, 2-мя кабинами, гидромеханической трансмиссией. Преимущества данного самосвала - при отработке тупиковых заходок и вскрывающих траншей не требует разворота машины и исключает движение задним ходом на крутых уклонах (рис. 6).
Рис. 5. Гусеничный самосвал ГС-40 без поворотной платформы
Рис. 2. Гусеничный самосвал ГС-30П с задним опрокидышанием кузова
Рис. 3. Гусеничный самосвал ГС-30П с боковым опрокидыванием кузова
Рис. 6. Гусеничный самосвал - челнок
Масса шасси, т 60
Грузоподъемность, т 40
Мощность двиг., л.с. 2000
Ресурс двигателя, м-ч 10000
Трансмиссия г-мех
Поворот. платформа нет
Разгрузка - боковая
Ресурс гусениц, км 12000
Рис. 4. Гусеничный самосвал ГС-40П с полноповоротной платформой
Рис. 7. Гусеничный самосвал грузо-подъемностыю 55 т
ІГ
1Д гусеничный самосвал (-
ф @ @
буровой станок
ВЮ@ФФ0
машина для перевозки людей
базовое шассии
эвако-тягач подвижная мастерская
Рис. 8. Схема создания семейства унифицированных машин
4. Гусеничный самосвал грузоподъемностью 55 т с дизельным двигателем без поворотной платформы с задней разгрузкой и гидромеханическим приводом ведущих колес (рис. 7).
Масса шасси, т 90
Г рузоподъемность, т 55
Мощность двиг., л.с. 3400
Ресурс двигателя, м-ч 10000
Трансмиссия г-м
Поворот. платформа нет
Разгрузка - боковая
Ресурс гусениц, км 12000
Приведенные конструктивные схемы гусеничных самосвалов выбраны с учетом опыта предприятий по созданию специальных гусеничных машин. В основном, закладываемые в проект конструкции основных механизмов, успешно применяются на образцах военной, строительной, транспортной и другой техники и могут использоваться для карьерных машин.
Наряду с основными функциями гусеничный самосвал должен выпол-
нять вспомогательные операции, такие как буксировка оборудования, эвакуация застрявших машин, доставка людей. Есть перспектива создания семейства унифицированных машин на базе одного шасси - гусеничный самосвал, буровой станок, эвакотя-гач, дорожно-строительная модификация, подвижная мастерская ТоиР, транспортер для перевозки людей и др. (рис. 8)
Использование гусеничного самосвала при разработке маломощных и близкорасположенных к дневной поверхности рудных тел (типа Ала-паевских месторождений хромитовых руд) позволит производить их выемку и разработку крутонаклонной общей капитальной траншеей на всю глубину карьера без разноса бортов с оставлением минимальных по ширине предохранительных берм на горизонтах и уступов в погашенном состоянии.
В связи с постепенной отработкой запасов полезных ископаемых равнинного типа неизбежен переход на
разработку нагорного типа месторождений, расположенных, как правило, в неосвоенных районах. Нагорные карьеры испытывают значительные трудности в выполнении таких работ как обуривание островерхих скальных обнажений, проходка полутраншей на крутых косогорах, на которые не могут подниматься обычные карьерные машины (буровые станки, экскаваторы, авто-
1. Тарасов П.И. Перспективы применения комбинированных энергосиловых установок на карьерных автосамосва-лах//Г еотехнологические проблемы комплексного освоения недр. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2004.
2. Акишев А.Н., Бахтин В.А., Бондаренко Е.В., Бабаскин С.Ё. Управление развитием рабочей зоны кимберлитовых карьеров//Горная промышленность, 2004, №1. С. 53-58.
3. Еремеев В.И., Забелин В.В. Влияние продольного уклона дороги карьера
самосвалы) поперёк склона [6]. Характерным примером является Молодёжное месторождение асбестового сырья, характеризующееся сложными горно-геологическими условиями залегания.
Всё вышеуказанное говорит о несомненной актуальности и острой необходимости на многих предприятиях добывающей промышленности в такой технике.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
«Удачный» на конечный объем добываемой руды//Алмаз, 2004.
4. Пояснительная записка к техническому предложению «Карьерный гусенич-ный самосвал грузоподъемностью 40 тонн».- Нижний Тагил: ФГУП «УКБТМ», 2005.
5. Пояснительная записка к техническому предложению «Карьерный гусеничный самосвал грузоподъемностью 30 тонн».- Омск: ФГУП «КБТМ», 2005.
6. Ильин С.А. Нагорные карьеры мира. Часть 1. Нагорные карьеры дальнего зарубежья. - М: ИАЦ ГН, 1993.-224 с.
— Коротко об авторах---------------------------------------------------
Тарасов П.И., ФуринВ.О., Ворошилов А.Г. - ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург, Лобанов С.В. - ФГУП «КБТМ», г. Омск,
Неволин В.М. - ФГУП «УКБТМ», г. Нижний Тагил.
А
