CC BY
89
- © В.И. Галкин, Е.Е. Шешко, 2014
УЛК 622.271; 622.68
В.И. Галкин, Е.Е. Шешко
ОБОСНОВАНИЕ ОБЛАСТЕЙ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ КОНВЕЙЕРОВ НА КАРЬЕРАХ
В предлагаемой статье рассмотрена эффективность работы традиционных видов карьерного транспорта, специальных видов конвейеров и циклично-поточной технологии на карьерах большой глубины и производительности.
Ключевые слова: карьер, локомотив, автосамосвал, дизель-троллейвоз, окружающая среда, циклично-поточная технология, ленточный конвейер, лента, крутонаклонные конвейеры с прижимной лентой, ленточные трубчатые конвейеры, ленточные конвейеры с пространственной трассой.
Увеличение глубины и масштабов открытых горных работ сохранится в обозримой перспективе. В условиях роста потребления и стоимости энергоресурсов, а также материальных ресурсов, постоянного ужесточения требований к охране окружающей среды и недр возникает необходимость внедрения высокоэффективных технологий и горных машин, что в первую очередь относится к транспортным машинам.
Развитие технологического транспорта карьеров, как правило, связано с углублением горных работ и ростом расстояния транспортирования. При этом резко обостряются экономические проблемы, прежде всего транспортные, которые преобладают в затратах на добычу полезного ископаемого.
Стандартные, консервативные решения, основанные на увеличении мощностей серийно выпускаемого горного оборудования, безусловно, приводят к положительным результатам, но только временным.
При этом нельзя не учитывать изменения, которые произошли в отечественном и зарубежном горном машиностроении в последнее время.
400
Существенно возросли сцепные веса и мощности локомотивов (тяговых агрегатов), что повысило показатель использования энергии на железнодорожном транспорте.
Быстрыми темпами совершенствуются конструктивные схемы автосамосвалов за счёт увеличения коэффициента полезного действия тяговых систем автосамосвалов, а также изменения материалоемкости традиционных карьерных машин и уменьшения расхода дорогостоящих, дефицитных шин.
Значительные изменения произошли и в способности автосамосвалов загрязнять окружающую среду, за счёт эффективного технического обслуживания (особенно регулировка топливной аппаратуры), установки нейтрализаторов выхлопных газов. Увеличение парка автосамосвалов большой грузоподъемности, приводит к снижению количества автосамосвалов, что уменьшает загрязнение окружающей среды.
В настоящее время, большую часть, эксплуатируемых на карьерах самосвалов, составляют импортные модели, топливная аппаратура которых оборудована по европейским стандартам, благодаря чему снизился расход топлива, и, кроме того, они оказывают меньшее негативное воздействие на экологию региона. [3, 4]. Так, например, самосвал САТ-785С, введенный в эксплуатацию в ОАО «Лебединский ГОК», с первых месяцев показал значительные преимущества в работе перед автосамосвалом БелАЗ-7513 практически той же грузоподъемности. Грузооборот при этом превысил аналогичный показатель на 32%, удельный расход топлива оказался ниже на 25%, при тех же условиях эксплуатации. Кроме этого, увеличились — показатели надежности, коэффициент технической готовности, долговечность, а также экологические характеристики [5].
Уменьшению загазованности внутрикарьерной атмосферы способствует также перевод двигателей автосамосвалов на газодизельный режим работы. Например, испытания самосвала САТ-785В на карьере «Мурунтау» (Узбекистан) привело к снижению вредных выбросов на 30-60% (в зависимости от условий эксплуатации) [4].
Интенсивное развитие горной промышленности, а также высокие цены на дизельное топливо, привело к разработке и созданию наиболее экономичных и экологичных видов транспорта для добывающих предприятий — дизель-троллейвозов.
401
При применении комбинированных самосвалов (дизель — троллейвозов), работающих в нижней зоне карьера на глубине « 50-60 метров на дизельном топливе, а далее от контактного провода, то есть на электрической энергии — в основном на подъём и на поверхности, значительно улучшается состояние воздушной среды карьера. В настоящее время, на мировых горных предприятиях работают более 120 единиц дизель-троллейвозов.
Специалисты ОАО «Белорусский автомобильный завод» также ведут работы в направлении создания дизель — троллейвозов грузоподъемностью 136, 170, 220 или 320 т. на базе самосвалов с электромеханической трансмиссией, что позволит увеличить производительность самосвала, снизить расход топлива, уменьшить вредные выбросы в атмосферу и в итоге — снизить затраты на транспортирование горной массы. При этом, затраты на переоборудование одного автосамосвала в дизель — троллейвоз составляют примерно 10-15% от стоимости автосамосвала [6].
Вместе с тем при затяжных подъемах на глубоких карьерах (продолжительное время движения автосамосвалов в нагрузочном режиме), интенсивному износу подвергаются базовые узлы и опорные металлоконструкции, что способствует возникновению их отказов и неисправностей.
Компания «Alteko Action Trade», также приводит данные о нецелесообразности традиционных видов транспорта при грузопотоках, превышающих 4 млн т в год и глубинах, превышающих 180-200 м (рис. 1).
Общепризнано, что кардинальным решением проблемы является переход на комбинированный автомобильно-конвейерный транс-
Оптимальная область использования различных видов транспорта:
автомобильный и жел езн одо рожн ы й ■ ■ ■ конвейерный
О 100 200 300 400 500 Глубина карьера, м
Рис. 1. Преимущества конвейерного транспорта перед автомобильным и железнодорожным, в зависимости от годовой производительности карьера и его глубины1
порт (циклично-поточную технологию). Результаты многих исследований и эксплуатационных данных показывают, что при достижении карьером глубины 180-200 м, экономически целесообразен переход на циклично поточную технологию.
Современные конструкции транспортных машин, очевидно, несколько изменяют эту цифру в сторону увеличения, но не изменяется сам факт эффективности внедрения циклично поточной технологии.
Вместе с тем, несмотря на то, что глубоких карьеров в России значительное количество, циклично-поточная технология получила применение только у 10% предприятий. Более того первые годы эксплуатации комбинированного транспорта в карьерах показали, что проектные показатели ЦПТ не всегда могут быть достигнуты.
Это объясняется несколькими причинами. Во-первых, горные работы на карьерах до ввода ЦПТ ведутся без учета применения комбинированного транспорта в будущем, что задерживает ввод комплекса в эксплуатацию; во-вторых, возникают сложности при размещении конвейерных систем на сформировавшихся откосах бортов (рис. 2); в-третьих, существующая транспортная схема карьера требует технологической и организационной перестройки. Кроме того, на производительность добычного комплекса оказывают отрицательное влияние различные параметры надежности элементов горно-транспортной структуры.
Расчеты, проведенные для усредненного глубокого карьера (500 м), показали (рис. 3), что удельные затраты на транспортирование при ЦПТ с ленточным конвейером в качестве поточного звена при глубине карьера 100-150 м, больше, чем при автомо-
403
Й 2
13 67
• aвтo^
и- -■-ЦПТ конве
^ 4
конве
1
2 3 4
Глубина карьера , м х 100
обильныйтр-т
ленточным ¡¡ером
крутонаклонным йером
Рис. 3. Зависимость удельных затрат иа транспортирование от глубины карьера при циклично-поточной технологии с ленточным конвейером и крутонаклонным конвейером с прижимной лентой
поскольку требуются все более прочные и дорогие ленты, привода, оснащение пунктов перегрузок и т.д.
За последние десятилетия появились новые типы ленточных конвейеров (крутонаклонные с прижимной лентой, ленточные трубчатые, ленточные с пространственной трассой), которые существенно расширили области их применения и значительно изменили схемы технологического транспорта.
Для создания таких конвейеров важную роль играет конвейерная лента, способная выдерживать большие динамические нагрузки на приводных барабанах за счёт высоких прочностных свойств.
Кроме того, лента должна быть устойчива к абразивному износу, обладать хорошими изгибными свойствами, иметь наименьший возможный вес и минимальное удлинение, а также длительный срок службы при минимальных эксплуатационных затратах
Проектирование и изготовление таких конвейеров стало возможным благодаря разработке и внедрению современных конвейерных лент:
• на резинотканевой основе типа ЕР и ЕРР — с многопрокладочным и однопрокладочным каркасом);
404
• арамидных лент — широко используемых при эксплуатации ленточных трубчатых конвейеров, которые по своим прочностным свойствам не уступают резинотросовым лентам. Такие ленты имеют гораздо меньшую погонную массу, меньший продольный модуль упругости и удлинение по сравнению с традиционными тканевыми лентами.
• высокопрочных резинотросовых лент (в основном выпускаемых за рубежом), диапазон разрывной прочности которых, достигает 8500 Н/мм ширины ленты, что позволяет значительно увеличить длину транспортирования конвейера в одном ставе, в том числе за счёт применения промежуточных приводов.
Кроме того, параметры конвейерных лент определяют важные конструктивные параметры ленточного конвейера, такие, как: длина и диаметр поддерживающих роликов; расстояние между ролико-опорами; ширина барабанов; габаритные размеры линейных секций и приводных блоков.
Крутонаклонный ленточный конвейер с прижимной лентой имеет более сложную конструктивную схему, хотя и в значительной степени унифицирован с ленточным (рис. 4).
В аналогичных условиях эксплуатации затраты на транспортирование при ЦПТ с крутонаклонным ленточным конвейером в качестве поточного звена при небольших глубинах, как и в предыдущем случае, изменяются, как и при применении традиционного ленточного конвейера.
Установлено, что снижение удельных затрат по сравнению с автомобильным транспортом не только почти вдвое больше (чем при ленточном конвейере), но темп их роста с глубиной карьера значительно снижается.
Оказывает влияние не только уменьшение длины транспортирования, но и распределение тягового усилия между грузонесущим и прижимным ленточными контурами крутонаклонного конвейера (меньшее натяжение в каждой ленте), установка двух независимых приводов (возможно двухбарабанных), что значительно уменьшает вероятность перегрузок и приводит к применению менее прочных лент.
Крутонаклонный конвейер устанавливается практически без дополнительных горно-подготовительных работ, не требует прокладки специальных траншей или проходки стволов. Открываются возможности по нестандартной компоновке трассы конвейерного транспорта (рис. 5), а также имеется возможность дальнейшего наращивания длины крутонаклонного конвейера.
405
Рис. 4. Схема крутонаклонного конвейера с прижимной лентой: 1 — грузовой контур; 2 — прижимной контур; 3 — прижимные устройства; 4 — загрузочное устройство; 5 — натяжное устройство грузонесущего контура; 6 — натяжное устройство прижимного контура; 7 — приводы грузонесущего и прижимного контуров; 8 — загрузочный участок; 9 — переход груза с крутонаклонной части на пологий участок; 10 — крутонаклонный участок; 11 — нижний переходной участок; 12 — верхний переходной участок; 13 и 14 — верхние и нижние роликоопоры груженного контура: 15 — металлоконструкция конвейера; 16 — верхняя и нижняя ветви груженного контура; 17 — верхняя и нижняя ветви прижимного контура
Рис. 5. Крутонаклонный конвейер с прижимной лентой в карьере Мурунтау, Узбекистан: а — расположение конвейера по борту карьера; б — фрагмент установки линейных секций конвейера и их опор
Улучшается экологическая ситуация и снижаются потери груза при его транспортировании, благодаря тому, что груз герметически закрыт между двумя лентами.
Таким образом, применение циклично-поточной технологии в глубоких карьерах является эффективным как с экологической, так и с экономической точки зрения. При глубине карьера до 200-250 м установка ленточного конвейера в качестве подъемного достаточно целесообразна.
При увеличении глубины карьра до 300 м и более, разница в затратах достаточно резко увеличивается, то есть более эффективным становится крутонаклонный ленточный конвейер с прижимной лентой.
В последние годы, в различных отраслях промышленности, в том числе и горной, всё более часто применяются ленточные трубчатые конвейеры (ЛТК) (рис. 6).
По сравнению с обычными ленточными конвейерами ЛТК имеют более сложную конструкцию, но при этом обладают основными неоспоримыми преимуществами, которые заключаются в следующем: • возможность, при необходимости, транспортирование груза одновременно на верхней (грузовой) и нижней ветви контура ленты конвейера;
407
Рис. 6. Принципиальная схема ленточного трубчатого конвейера (ЛТК):
I — загрузка; 2, 4 — переходные участки; 3 — верхняя ветвь; 5 — приводной барабан; 6 — разгрузка верхней ветви; 7 — участки переворота ленты; 8 — нижняя ветвь; 9 — загрузка нижней ветви ленты; 10 — разгрузка нижней ветви;
II — концевой барабан; 12 — рама линейной секции; 13 — груз; 14 — лента; 15 — поддерживающие ролики
• возможность пространственной конфигурации трассы конвейера с перегибами в горизонтальной и вертикальной плоскости одновременно;
• возможность транспортировать груз под углом ±30° к горизонту;
• К основным недостаткам ЛТК следует отнести:
• высокая стоимость конвейера;
• более дорогая лента по сравнению с классическим конвейером;
• площадь сечения груза располагаемого на трубообразной ленте составляет 50% от площади сечения груза на ленте обычного конвейера, при такой же ширине и скорости движения ленты.
Поскольку данный тип конвейера может транспортировать груз одновременно на верней и нижней ветви, но, в противоположных направлениях, то наиболее целесообразная область его применения (широко опробованная в Европе) — транспортирование на верхней ветви конвейера угля с обогатительной фабрики на ТЭЦ, а на по-
408
рожней ветви, в обратном направлении, транспортирование пепла и сажи — для отсыпки в отвал.
Другой целесообразной областью применения ленточных трубчатых конвейеров, может быть его использования как магистрального конвейера. В этом случае, траншея для его установки может быть пройдена под углом в 30°, что приведёт к снижению затрат на горно-капитальные работы.
Если угол откоса уступа не превышает 30°, то данный тип конвейера может быть использован для подъёма горной массы с уступа на уступ.
Кроме того, такой конвейер может быть эффективно использован на поверхностном комплексе карьеров, в том числе на складах полезного ископаемого, поскольку имеет пространственную конфигурацию, позволяющие исключать пункты перегрузки, а следовательно меньшие капитальные затраты и отсутствие пыления материала в процессе транспортирования, по сравнению с традиционными ленточными конвейерами.
Другой тип конвейера — ленточный с пространственной криволинейной трассой — представлен на рис. 7.
Такой тип конвейера может использоваться для доставки материалов, с промплощадки карьера до обогатительной фабрики, пункта отгрузки потребителю, на предприятие по переработке или для сжигания на ТЭЦ (транспортировка бурого угля).
Длина такого конвейера может достигать несколько десятков километров, благодаря использованию высокопрочных резинотро-совых лент, с разрывным усилием, достигающим 8000 Н/мм ширины ленты, а также за счёт установки вдоль трассы конвейера промежуточных приводов, обычно устанавливаемых перед участком повороты трассы (по ходу движения ленты). Установка промежуточных
Рис. 7. Ленточный конвейер с пространственной трассой, фирмы «БЕиМЕЯ», Германия установленный в провинции Сычуань, Китай
409
приводов приводит к уменьшению натяжения в набегающей ветви на привод конвейера, а, следовательно, и к уменьшению радиусов кривизны пространственной трассы конвейера.
Кроме того, на таких конвейерах устанавливают конвейерную ленту с заданной поперечной жесткостью, что позволяет сохранять лотковость ленты на криволинейных участках и исключает её децен-трирование на них.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ильин С.А., Коваленко B.C., Пастнхин Д.В. Преодоление изначальных недостатков открытого способа разработки: опыт и результаты на Урале: настоящее и будущее // Горный журнал. — 2012. — № 4. — С. 25-33.
2. Дронов H.H., Ефремов Ю.И., Беклемишев А.Н. Опыт работы карьера Лебединского ГОКА: Гигантские масштабы, оригинальные технологии, перспективы развития // Горный журнал. — 2009. — № 11. — С. 88-91.
3. Степук О.Г., Зуёнок А.С. Дизель-троллейвозный транспорт БЕЛАЗ: перспективы и исполнения в горном производстве // Горный журнал. — 2013. — № 1. — С. 52-55. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Галкин Владимир Иванович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Горная механика и транспорт», Московский государственный горный университет, vgalkin07@rambler.ru
Шешко Евгения Евгеньевна — кандидат технических наук, профессор кафедры «Горная механика и транспорт», Московский государственный горный университет, esheshko@mail.ru
410
