CC BY
49
УДК 622.684:629.622.271
Параметры системы дистанционного управления горнотранспортным оборудованием в условиях Удачнинского ГОКа
И.В. Зырянов, д.т.н., зам. директора по научной работе, Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО) Д.Х. Ильбульдин, зав. лабораторией нормативов и экономики горного оборудования, Институт «Якутнипроалмаз» А.П. Кондратюк, главный специалист, Институт «Якутнипроалмаз»_
Одним из основных направлений в развитии мировой горной промышленности на перспективу считается открытый способ разработки месторождений, при котором обеспечиваются наилучшие экономические показатели. В настоящее время с развитием горнотранспортной индустрии происходит увеличение глубины и масштабов открытых горных работ, как в нашей стране, так и за рубежом. Все это требует применения систем автоматизации, обеспечивающих максимальное исключение человека из процесса управления техникой, а также использования техники, совершенной и модернизированной под условия отработки карьеров. Наиболее идеальные разработки подобных систем, такие как полная автоматизация всех процессов, уже в самое ближайшее время смогут принципиально изменить технико-технологические принципы функционирования горных предприятий.
Карьер «Удачный» расположен в 20 км от Северного полярного круга, в Далдын-Алакитском кимберлитовом поле, имеет титул самого большого алмазного карьера в мире.
Трубка «Удачная» отрабатывается открытым способом с 1971 г. К 2015 г. карьер достиг отметки 640 м и приблизился к проектной глубине. На завершающей стадии отработки карьера с целью снижения объемов выемки вскрышных пород институтом «Якутнипроалмаз» разработана и предложена схема с применением вскрытия его нижней части трассами крутого уклона до 240%о. В соответствии с ней подъем горной массы осуществлялся с нижних площадок до горизонта 70 м шарнирно-сочлененными самосвалами с колесной формулой 6x6. Затем горная масса перегружалась в самосвалы САТ-785 грузоподъемностью 136 т и с дальнейшей доставкой на комплекс крупного дробления фабрики.
При отработке нижних горизонтов карьера горные работы приходилось выполнять в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях: высокая запыленность воздуха, загазованность, влияние высоких и низких температур, а также с увеличением угла откоса борта карьера повышался риск его обрушения. Для безопасного проведения работ по экскавации и транспортированию руды было приня-
Рис. 1 Карьер «Удачный», открытый способ отработки
то решение оснастить горнотранспортное оборудование системой дистанционного управления (СДУ). При этом требовалось в обязательном порядке изучить особенности работы СДУ в реальных климатических и горно-геологических условиях Западной Якутии.
В 2012 г. ФГАОУ ВО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Амосова» и АК «АЛРОСА» (ПАО) завершили совместный проект «Создание комплексной экологически безопасной инновационной технологии добычи алмазоносных руд в условиях Крайнего Севера». Один из итогов этой работы стало обоснование производительности парка и специального оборудования с дистанционным управлением при доработке запасов руды карьера «Удачный». По результатам проведенных тендерных торгов австралийская компания Remote Control Technologies (RCT) совместно с ООО «Восточная техника» (официальный дилер Caterpillar на территории Западной и Восточной Сибири, Якутии, Магадана и Камчатки) в конце 2013 г. выполнили поставку необходимого специального оборудования на рабочую площадку Удачнинского ГОКа. Впервые в России на карьере АК «АЛРОСА» успешно приступили к реализации программы по одновременному контролю и управлению работой одноковшового колесного погрузчика и четырех шар-
Табл. 1 Скорость движения автосамосвала при разных режимах эксплуатации
Наименование участка дороги Скорость движения автосамосвала, км/ч Отношение ДУ к ШУ
в режиме ШУ* в режиме ДУ**
с грузом в порожнем состоянии с грузом в порожнем состоянии с грузом в порожнем состоянии
Горизонтальный участок 14,32 17,69 14,32 17,69 14,32 17,69
Вираж 7,67 8,21 7,67 8,21 7,67 8,21
Подъем/спуск 9,95 13,25 9,95 13,25 9,95 13,25
Здесь и далее: ШУ* - штатное управление; ДУ** - дистанционное управление
нирно-сочлененных карьерных автосамосвалов в режиме дистанционного управления.
В комплекс рабочего оборудования станции (рис. 2) входили: Wi-Fi модули для передачи аудио и видеоинформации, приемники, рабочие кресла Дистанционное управление четырьмя автосамосвалами и погрузчиком возможно как с переносных пультов, так и из самой станции.
При этом технические параметры (обороты двигателя, температура охлаждающей жидкости, давление масла и другие) передавались в цифровом виде на системный блок компьютера и выводились на табло монитора в формате приборной панели. Система управления имеет защиту от внутренних сбоев, при неисправности приборов приема-передачи данных система производит остановку работы управляемого горнотранспортного оборудования. Рабочая зона транспорта ограничивается и определяется с помощью специальных «пилонов», составляющих часть системы лазерной защиты. На каждом из них установлены лазер и приёмник отражённого луча - отражатель. Оборудование создаёт «лазерное ограждение» вокруг работающих машин, при пересечении которого человеком или машиной мгновенно все дистанционно управляемые машины останавливаются.
В ходе эксплуатации СДУ на нижних горизонтах карьера установлены определенные отклонения в работе:
- малое количество базовых ретрансляторов и, как следствие, проблема загруженности каналов с малой площадью покрытия;
- усиление установленных антенн на самосвалах и базовых
Табл. 2 Продолжительность маневров автосамосвала под погрузкой и разгрузкой
Наименование операции Время выполнения операции, мин. Отношение
в режиме ШУ* в режиме ДУ** ДУ к ШУ
Установка под погрузку 0,64 1,14 1,78
Установка под разгрузку 0,65 0,83 1,28
Разгрузка 0,74 0,74 1,00
Табл. 3 Поправочный коэффициент рабочего цикла погрузчика CAT-993K при переходе в режим дистанционного управления
Наименование элемента Время выполнения элемента, мин. Отношение ДУ к ШУ
в режиме ШУ* в режиме ДУ**
Движение в забой с наполнением ковша 0,19 1,11 5,84
Отъезд от забоя и движение до момента разгрузки 0,25 0,54 2,16
Процесс разгрузки 0,20 0,22 1,10
Отъезд от автосамосвала 0,18 0,46 2,56
Поправочный коэффициент, учитывающий изменение производительности погрузчика при переходе в режим ДУ 0,35
Рис. 2 Передвижная станция дистанционного управления
станциях (согласно ТЗ на закупку оборудования) рассчитано для небольших, до 150 м - расстояний;
- из-за большой высоты бортов по маршруту следования самосвалов, происходило перекрытие прямой линии трансляции между приёмником и передатчиком;
- высокий уровень отражения при повышении мощности передатчиков из-за близкого расположения станции к борту карьера.
Для корректной работы системы были выполнены соответствующие мероприятия:
- выполнен монтаж антенны с большим усилением;
- разработана безопасная схема установки базовой станции максимально близкая к маршруту движения автотранспорта;
- произведено использование сторонних направленных точек доступа для организации радиоканалов точка-точка;
- выполнялась постоянная фильтрация передаваемых данных с автомашин;
- создана новая инфраструктура с оптимальной зоной покрытия.
С целью получения конкретных параметров влияния СДУ на транспортный цикл (в целом и по его элементам) организовали проведение дополнительного эксперимента. Для этого территории рудного склада создали модель забоя и транспортной дороги с определенным уклоном и площадкой для разгрузки автосамосвала (рис. 3).
Передвижной пункт станции управления был установлен на расстоянии 150 м от зоны погрузки. В этом диапазоне -достаточно устойчивый сигнал на прием и передачу. Самая крайняя устойчивая точка рабочего сигнала СДУ соответствовала дистанции 300 м. На протяжении участка транспортирования передача сигнала прекращалась лишь по причи-
Табл. 4 Поправочный коэффициент транспортного цикла автосамосвала САТ-740В при применении системы дистанционного управления
Наименование элемента Расстояние участка Время выполнения элемента, мин. Отношение ДУ к ШУ
дороги, км в режиме ШУ* в режиме ДУ**
Установка под погрузку - 0,64 1,14 1,78
Погрузка - 0,82 2,33 2,84
Движение по горизонтальному участку дороги 0,093 0,39 0,32 0,62 0,53 1,59 1,66
Движение на повороте 0,023 0,18 0,17 0,53 0,53 2,94 3,12
Движение по наклонному участку дороги 0,011-0,019 0,16 0,12 0,17 0,22 1,06 1,83
Установка под разгрузку - 0,65 0,83 1,28
Разгрузка - 0,74 0,74 1,00
Переход водителя на ДУ и ШУ - - 2,00 -
Время одного рейса, мин. - 4,19 9,64 2,30
Поправочный коэффициент, учитывающий изменение производительности автосамосвала при переходе в режим ДУ 0,43 (только для условий выполнения данного рейса)
нам закрытия зоны проезжающими большегрузными самосвалами САТ-785, а также при движении автосамосвала между высокими буртами руды, которые скрывали приемную антенну. В ходе дистанционного управления автосамосвалом установлено, что из-за разности технических характеристик видеокамер на мониторе получалась некачественная картинка съемки, что дезинформировало оператора о реальном месте нахождения транспорта. Отсутствие функции позиционирования транспорта на схеме рабочего участка с выводом данных на экран приводило к дополнительным затратам времени на ориентацию в пространстве месторасположения объектов как оператора погрузчика, так и водителя автосамосвала.
Хронометражные наблюдения проводились по шести элементам транспортного цикла (табл. 1-2): подъезд, погрузка, движение по прямому участку дороги, поворот, движение по уклону, маневр на разгрузку по двум маршрутам. Соответственно, были определены параметры маршрутных участков Ь гор = 0,093 км, Ь вираж = 0,023 км, Ь уклон = 0,031 км и Ь уклон = 0,011 км. Максимальный уклон созданной трассы соответствовал 113%. Радиус поворота от 90 до 115 м при разных площадках разгрузки автосамосвала. Эксперимент выполнялся без привлечения бульдозера, поэтому использовались два места выгрузки руды.
После обработки фактических данных параметров погрузки, разгрузки и движения автосамосвала, были определены поправочные коэффициенты, с учетом влияния системы дистанционного управления на производительность погруз-
Рис. 4 Автосамосвал CAT-740B и погрузчик CAT-993K в карьере
чика CAT-993K и автосамосвала CAT-740B с разбивкой на
сегменты транспортного цикла (рис. 4).
Выводы:
1. Опыт использования СДУ выявил основные направления по улучшению работы ее компонентов: модернизации бортового оборудования, систем связи, высокоточной навигации, серверного и бортового программного обеспечения, а также включения новых элементов управления автоматизацией грузоперевозок, таких как параллельный видеообзор погрузочно-транспортного комплекса.
2. Определены поправочные коэффициенты производительности для разных циклов погрузки и транспортирования руды, значения которых при применении СДУ Control Master® серии 2200 (по сравнению со штатной схемой) составили для погрузчика - 0,35, для автосамосвала - 0,43.
3. Для ранее выполненных расчетов производительности горнотранспортного оборудования при применении СДУ на основе экспертных оценок результаты эксперимента показали, что для погрузчика минимальная погрешность не более 2,5%, для автосамосвалов из-за скоростного режима отклонение в сторону снижения эффективности составило около 15%.
4. Итоги эксплуатации и полученные результаты эксперимента с использованием СДУ на горнотранспортном оборудовании позволяют спрогнозировать оптимальное количество погрузочных и транспортных единиц, необходимое для отработки карьеров разной конфигурации на их завершающем этапе по трассам движения, включающих уклон до 240%. ■
