CC BY
55
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 622.684:629.114
ОБОСНОВАНИЕ И ПУТИ СОЗДАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ТРАНСПОРТА ДЛЯ ОТРАБОТКИ ПРИБОРТОВЫХ И ПОДКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ
П. И. Тарасов, А. Г. Журавлёв
В настоящее время большое количество карьеров подходят к проектной глубине. При этом, как правило, в бортах и под дном карьера остаются запасы полезного ископаемого, пригодные для добычи, в достаточном количестве. Однако их отработка по традиционной технологии с применением классических карьерных автосамосвалов требует осуществления разноса бортов от самой поверхности, что связано с большими объемами горнокапитальных работ.
Ключевые слова, доработка карьеров, специализированные транспортные средства, троллейвоз, автосамосвал с КЭУ, троллейавтопоезл, троллейно-аккумуляторный самосвал, гусеничный самосвал.
Nowadays, a large number of quarries is reaching the designed depih. In this case, as a rule, in the edges and under the bottom of quarry some mineral reserves arc left in sufficient quantity, suitable for extraction However, their working out by traditional technology using classical quarry trucks requires spacing of edges frcm the very surface, the operation is being connccted with a large volume of mining capital operations.
Key words, development of quarries, specialized vehicles, trolley-cart, dump truck with CEU, trolley-autotrain, trolley- battery dumper, track-type dumper.
Для формирования транспортных коммуникаций на конечном конту ре карьера требуется выемка вскрышных пород, объем которых зависит от вида и параметров используемого вида транспорта. Транспортная система карьера должна обеспечивать минимальный объем вскрыши, вынимаемый при формировании транспортных берм и площадок для перегрузочных пунктов. Для этого углы откосов конечных бортов карьера с расположенными
на них транспортными коммуникациями должны быть максимально приближены к допустимым по устойчивости углам. На глубоких горизонтах карьер может быть отстроен с максимально допустимыми углами откосов бортов при использовании автосамосвалов относительно небольшой грузоподъемности и соответствующих им экскаваторов. Их параметры должны соответствовать ограниченному пространству нижней части карьера.
1 200 ------,----—г— -----т-------—----1
3 150 ---------:--------
1- —
__—■■— 1
а 100 1: 2 i __
I
о 25 50 76 100 1» 150
Прираианм» гпубимы.
Рис. I. Зависимость дополнительного объема вскрыши от приращения глубины карьсэа: / - угол откоса бортов 40°; 2 - угол откоса бортов 50°; 3 - угол откоса бортов 60°
Рис. 2. Сравнение схем доработки карьера: сокращение объема вскрыши при слециальаой технологии но сравнению с существующей (а); при специальной технологии и техники в комбинированном транспорте (б)
В этих условиях необходимо применение иной технологии, позволяющей увеличить угол откоса бортов карьера (рис. 2). В этом случае реконструкцию борта можно начать с некоторой глубины и продолжить с увеличенным углом откоса бортов. Достичь этого можно несколькими способами:
- увеличить уклон автодорог, тем самым уменьшая количество витков трассы;
- уменьшить ширину дорог (уменьшение ширины дорог на I м дает сокращение объема вскрыши на 0,1-2 млн м' при глубинах 100— 500 м соответственно);
- увеличить высоту уступов в карьере.
Безу словно увеличение угла откоса борте в
карьера должно проводиться только там, где уешйчивоечь I ирных пород обеспечивай такие проектные решения. Однако практически везде с Шубиной крепость пород повышается. а значит, на нижних горизонтах в большинстве случаев необходимо разрабатывать соответствующие мероприятия.
Для достижения наибольшего эффекта все указанные способы должны применяться в комплексе. Так. повышение уклонов автодорог должно сопровождаться совмещением смежных уступов в сверхвысокие уступы до 60-100 м. В любом случае решение проблемы связано с ужесточением требований к применяемому транспорту.
На нижних горизонтах, как правило, применяется автомобильный транспорт в качестве сборочного. Хотя есть случаи (и эта практика расширяется), когда автотранспорт является единственным видом на карьере и осуществляет доставку 100 % горной массы со всех горизонтов карьера на поверхность.
например кимЬсрлитовыс карьеры АК «АЛРОСА».
Таким образом, с целью доработки лри-бортовых и подкарьерных запасов полезных ископаемых необходимо внедрять на карьерах специализированный транспорт, позволяющий существенно увеличить уклон автодорог и по возможности уменьшить ширину автодорог. 11ри этом необходимо сохранить приемлемую производительность автотранспорта.
Специалисты ИГД УрО РАН предлагают для решения указанных проблем комплекс специализированных транспортных средств, позволяющих в целом [2]:
- увеличить уклон транспортных коммуникаций;
- снизить загазованность рабочей зоны;
- повысить производительность;
- снизить эксплуатационные затраты на перевозку горной массы;
- повысить эффективность доработки запасов полезных ископаемых.
В комплекс входят следующие транспортные средства: троллейвоз, автосамосвал с комбинированной энергосиловой установкой (ЮУ). гусеничный самосвал, троллейавто-поезд (для комбинированной разработки месторождений). Их применение позволяет поэтапно повышать уклон автодорог, а значит, увеличивать угол откоса бортов карьера, сокращая объем вскрыши, увеличивая конечную глубину карьера, а также дорабатывать при-бортовыс и подкарьерные запасы полезных ископаемых (см. таблицу, рис. 3).
Рассматриваемые предложения направлены на организацию разработки и производство новых транспортных средств для открытых горных работ.
Перспективные спсцна.чтироваиныс мобильные карьерные транспортные средства
Назван не транс портного средства Энергосююва* ^тмюгга П эсравнению с авто само свал ом Условия применения Прммериье срокк реализации, гг.
преимущества недостатки
1. Автосемосв« со специальными тормооаки Диз елъный двигатель Способен работать на уклонах 14 % и белее гри обеспечении всех требоважй безопасности Связам.1 с недостатках»! традкдеоюых автосамосвалов Транспортиров аиие гор ной масс ы св ерасу вниз (н игорные карьерь^ 2010-201 4
2.Трсппейвоз Питание or троллейной сети Не требуется нефтяиое топливо, псвъпленная гроиз водит ель ноет ь, мезвисимость от климатических услов>й эксплуатац»«, безгаражное хранение Низкая автонсмюсть и мобшьность Керьеры, расположенные иарасстогкии1 5-30 км от обогатит епьньк фабрик или нака^верак, иьекжцих постожные места погрузки и разгрузки 2010-2012
3. Аггос*«с*ап с КЭУ Дмепммй ши газотурбинньй двигатель + аккумулятор энергии Сжж*тся реет од ТТЩИВА, повышает ся производительность. сснраняется ьобнть-ностъ, автономность, безгераяное храме «te Снижайте*"» ффлктивнпгтк работы на дорогак со средневзвешенный утл сном менее 4 % ирасстодиием транспортирования менее 2 км Глуйггий карьеры с Bis стой подъема горной мае ai не менее 100 м и расстоянием транспорту ования 2 км 2011-201 5
4 Угпу6о*иьй комплексе составе погрузочюго и транспортного средств В стадии разработки Работа на бсльшиг уклонах (до 32 %) на нижних горизонт« карьеров глубиной 600 и более метров Небольшой срок службы тех тики на гусеничномх оду в условиях карьеров Расстояние транспорту сван ия 0,3-1,0 км вью от а подъема до 200 м 2010-201 2
5.Трсппейавто-поезд(ТАП) Питаже от троллейной сети Не требуется нефтяное топливо, повышенная rp ого водит ель ноет ь, большая грузсподъем!ость три высокой мамеврежости и малых р с мерах в плане Ню км автономность, сложность коиггрукцин, специфические yoioeit* применения При ксмбинтрованной разработке месторождений (К4К единое транспортное звено для шахты и ¡карьеру 2012-2020
б.Трсплейно -агкумул яг ерный самосвал Питаше от троллейной сети + аккумулятор энергии Не требуется нефтяное ТОПЛИВО, храме же Огр ею« ени е уел овий На глубокие карьерах в качкгтв* ылгигтрт внлгп транспорта 2U1U-2U13
Рис. 3. Область применения комплекса специализированных транспортных средств: / - троллейвоз; 2 - автосамосвал с КЭУ; 3 - троллейавтопоезл; 4 - гусеничный самосвал
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 применения новых средств геотехники.
Перспективные цели проекта - организация серийного производства предложенных транспортных средств для открытых горных работ, широкое их внедрение на горнодобывающих предприятиях.
Основные особенности предложенных транспортных средств.
I. Троллейвоз - карьерный автосамосвал, не имеющий дизельного двигателя и питаемый электроэнергией от контактной (троллейной) сети через токоприемное устройство. Основная причина, которая не позволяла эксплуатировать троллейвозы па карьерах, -это необходимость переустановки троллейных линий в забое и на отвале. Она устраняется за счет устройства на карьерах постоянных мест погрузки и разгрузки путем организации перегрузочных и приемных складов, бункеров и иными способами. Данное условие позволяет применять на открытых горных работах трол-
лейвозы различной грузоподъемности, адаптированные к конкретным горнотехническим условиям (5).
2. Лвтосамосвал с комбинированной энер-госиловой установкой (автосамосвал с КЭУ) -карьерный автосамосвал, имеющий в составе энергосиловой установки газотурбинный двигатель (ГТД) и аккумулятор энергии, в которой ГТД работает только при движении автоса.мосвала в грузовом направлении, а аккумулятор энергии в порожняковом направлении (т. е. на всех вспомогательных операциях транспортного цикла). Такая конструкция позволяет автосамосвалу использовать рекуперацию энергии торможения при движении под уклон при спуске в карьер и запасать эту энергию в аккумуляторе. В дальнейшем эта энергия используется в тяговом режиме автосамосвала [I].
3. Гусеничный самосвал - карьерный самосвал на гусеничном ходу, обладающий повышенной маневренностью, способный преодолевать крутые уклоны (до 35 %), сохраняя устойчивость и обеспечивая приемлемую производительность. Самосвал может быть выполнен с поворотной платформой, что повышает его маневренность и функциональность за счет исключения разворотов на площадках погрузки и разгрузки [3].
Функцию транспортных средств для крутых уклонов могут успешно выполнять
полноприводные шарнирно-сочлснснные самосвалы. Они имеют меньшую стоимость и эксплуатационные затраты. Однако в настоящее время можно уверенно говорить об их применении в климатических условиях России на уклонах до 20-25 %.
4. В целях повышения эффективности работы транспортных систем при комбинированной разработке месторождений возникла необходимость создания транспортного средства, которое учитывало бы специфику ведения открытых и подземных горных работ, имело возможность движения по крутым уклонам, пысокую грузоподъемность при малом сечении подземных горных выработок. В ИГД УрО РАИ ведутся исследования по разработке и внедрению специализированного вида карьерного транспорта - троллейавто-поезда (ТАП) - для комбинированной разработки месторождений [4]. Суть работы троллейавтопоезда заключается в том. чтобы из забоя (или перегрузочного пункта) в шахте вывезти всю добытую руду без дополнительных перегрузок, используя карьерное пространство. Под ТАП подразумевают автопоезд на колесном ходу с троллейным питанием, состоящий из нескольких вагонов-прицепов. вытянутых в длину для достижения высокой грузоподъемности при небольших размерах в поперечном сечении. Не исключается возможность использования дизель-троллейвозного варианта, как и собственно автопоезда (с дизельными двигателями). Вариант автопоезда в троллейном исполнении предназначается в первую очередь для месторождений, расположенных в районах с высокой стоимостью дизельного топлива (например, для районов Севера или районов, где электроэнергия доступнее нефтяного топлиза). Возможно исполнение машины и с другими вариантами энергосиловых установок.
Основные преимущества, обеспечиваемые предложенным комплексом карьерных транспортных средств:
1. Троллейвоз обладает повышенной производи1ельнос1ью. высокой надежностью, 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), обеспечивают существенное снижение себестоимости транспортирования горной массы. Эксплуатация троллейвозов в качестве магистрального транспорта на горных предприятиях с расстоянием транспортирования от 3 до 30 км, а в отдельных случаях до 50 км позволяет сократить объем горнокапитальных работ, расход топлива, выбросы вредных веществ с отработавшими газами, повысить производительность а также снизить эксплуатационные затраты на транспортирование горной массы. Питание технологического транспорта электроэнергией, вырабатываемой на местных источниках энергии (гидроэлектростанции, мини-элсктростанцин 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 составляют расходы на его доставку.
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 пракги-чески 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 затрат на добычу 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;
- значительное уменьшение расстояния 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.
4. При определенных горнотехнических условиях троллейавтопоезд может обеспечить перемещение горной массы от забоя до поверхности. имея при этом следующие преимущества перед другими транспортными средствами: I) более крутые уклоны транспортных коммуникаций (больше 8 %), а следовательно, снижение объемов работ по вскрытию месторождения; 2) отсутствие загазованности благодаря использованию хтектроэнергии, а следовательно, меньшие затраты на систему вентиляции и простои, отсутствие затрат на нефтяное топливо; 3) большая грузоподъемность при малых габаритных показателях (ширина -высота), благодаря автопоездной компоновке: 4) повышение производительности за счет подъема (спуска) горной массы из подземных выработок на поверхность через карьерное пространство, без дополнительных перегрузок. с большой скоростью на подъеме; 5) возможность автоматизации процесса транспортирования; 6) отсутствие сложного путевого развития (как при электровозном транспорте), а следовательно, снижение затрат на монтажные и ремонтные работы; 7) снижение затрат: а) отсутствие необходимости в крупном поверхностном (подъемные установки, бункера и т. д.) и подземном дробильном комплексах (возможность транспортировать крупнокуско-вую горную массу); б) простота и дешевизна околостволыюго двора; в) относительно малые сечения выработок, а следовательно, снижение объемов работ по вскрытию месторождения; 8) низкий уровень шума.
К настоящему времени по проекту выполнено следующее.
1. Троллейвоз. Проработаны компоновочные решения троллейвоза, предложены общие конструктивные решения, определяемые
технологией веления открытых горных работ. К производству троллейвозов готов приступить ПО «БелАЗ». В проекте также готовы участвовать ОАО «Институт «Уралгипроруда».
2. Автосамосвал с КЭУ. Проработаны компоновочные решения автосамосвала с КЭУ. предложены параметры энергосиловой установки. Обоснованы условия применения на карьерах. Определены потенциальные произволители комплектующих.
3. Гусеничный самосвал. По разработанному ИГД УрО РАИ техническому заданию выполнены технические предложения на создание гусеничного самосвала груэоподъем н остью 25-30 и 40-43 т предприятиями Ф1*У11 КБТМ (г. Омск) и ФГУП УКБТМ (г. Нижний Тагил). Рассматривается вариа>гг изготовления гусеничного самосвала на базе техники ОАО «ЧТЗ-Урал трак» 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 «Уралтранс.маш», ОАО «НИПИГОРМАШ». Для гусеничного самосвала ФГУП УКБТМ определены стоимость серийного образца и общие затраты на проектирование, испытание и постановку в серийное производство гусеничного самосвала.
4. Троллейавтопоезд. Обобщен опыт испытаний экспериментального образца шахтного автопоезда АШ-75 (предприятие-изготовитель ОАО «НИПИГОРМАШ»), Разработано техническое задание на создание шахтного автопоезда, учитывающее современные условия на горнодобывающих предприятиях и достижения науки и техники.
Анализ потребности в новых транспортных средствах проводится ИГД УрО РАН совместное 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 достигают своих предельных контуров. 1} большинстве случаев их дальнейшая отработка требует расширения 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.
Совместно с Институтом «Якутнипро-алмаз» ЛК «АЛРОСА» проведены исследования по возможности применения гусеничных самосвалов на кимберлитовых карьерах Западной Якутии. Расчеты показали значительный эффект от внедрения предложенной техники. Однако потребность в таких транспортных средствах не ограничивается рассмотренными в рамках указанной работы предприятиями. Гусеничные самосвалы в комплексе со специализированным экскаватором, способным работать на уклонах до 35 %, могут составить единый угпубочный комплекс, который может найти важное применение на открытых горных работах для создания зон интенсивной углубки.
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.
Для реализации проекта необходимо выполнить следующее: провести технические проработки предложенного комплекса
карьерных транспортных средств; наладить взаимодействие предприятий по созданию новых транспортных средств; определить обьем необходимых средств на выполнение проекта и организовать 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.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Горно-транспортная техника на гусеничном ходу / П. И. Тарасов, А. В. Глебов, В. О. Фурии и др. // Горная промышленность. 2008. № 2. С. 63-68.
2. Специализированные виды автотранспорта для горнодобывающих предприятийВ. Л. Яковлев, П И. Тарасов. А. Г. Журавлев и др. // Горная промышленность. 2007. X? 6. С. 44-50.
3. Тарасов П. И.. Журавлев А Г.. Исаков М В Вопросы создания и перспективы применения карьерных автосамосвалов с комбинированной энергосиловой установкой // Горная промышлен-ность. 2008. № 3. С. 68-74.
4. Тарасов П. И.. Черепанов В. А. Троллейавто-поезда - транспорт для комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых // Горная промышленность. 2008. № 6. С. 72-78.
5. Тарасов П. //., Тарасов А П. Технологические особенности и перспективы применения троллейвозов на горных предприятиях // Горная промышленность. 2008. № 1. С. 54-62.
УДК 622.83:624.121.532
РАСЧЕТ НАГРУЗОК НА КРЕПЬ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ
(в порядке обсуждения)
А. В. Жабко
В статье излагается теория расчета нагрузки на крепь горизонтальной горной выработки. Выводятся разрешающие зависимости. Производится сравнение полученных результатов с известными аналогами, и даются соответствующие выводы. Обсуждается актуальный, весьма важный и неоднозначный вопрос формирования начального поля напряжений в массиве горных пород. В рамках развитой тcqpeтичccкoй
