CC BY
130
УДК 622.684:629.113.62 А.П. Тарасов
ПРИМЕНЕНИЕ ТРОЛЛЕЙВОЗОВ НА СОВРЕМЕННЫХ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ
Семинар № 16
На горно-обогатительных комбинатах карьерным автотранспортом потребляется 70-80 % от общего количества дизельного топлива. Традиционные методы снижения расхода дизельного топлива (нормирование, диагностика и др.), не требующие технического обеспечения и капитальных вложений, не могут обеспечить значительное снижение общего расхода топлива. Достижение более высоких результатов может быть обеспечено внедрением комплекса мероприятий включая технологические, технические и социально-экономические.
Объемы транспортируемой горной массы, продольный уклон автодорог, скорость движения автосамосвалов и мощность двигателя характеризуют энергопотребление автомобильного транспорта, влияют на загазованность карьеров и определяют развитие фронта работ, что, в конечном счете, влияет на разнос бортов и возможную глубину карьеров. В настоящее время все острее встает проблема значительного сокращения потребления топлива. Поэтому сокращение энергопотребления на открытых горных работах может рассматриваться по двум основным направлениям:
1. Совершенствование техники и технологии открытых горных работ, направленное на экономное расходование нефтяного топлива.
2. Перевод автотранспорта на потребление восполняемых видов энер-
гии, то есть, в конечном итоге, на потребление электроэнергии.
Основными способами сокращения расхода топлива в этом направлении в ближайшей перспективе, являются создание новых (в том числе комбинированных) энергосиловых установок, которые позволят использовать особенности эксплуатации автосамосвалов на конкретных карьерах горнодобывающих предприятий.
Предпосылками к развитию новых транспортных технологий служат современные проекты отработки месторождений, в которых за счет более высоких требований к технике, увеличиваются объемы добычи, снижаются объемы горнокапитальных работ, продляются сроки службы карьеров.
Развитию и решению проблемы карьерного транспорта на основе технического прогресса в значительной степени способствовали многолетние исследования, выполнявшиеся Институтом горного дела УрО РАН. [1] Исследования развития транспортных систем в последние десятилетия были направлены на решение следующих, наиболее актуальных задач:
- изыскание способов крутонаклонного подъема горной массы с глубоких горизонтов карьеров, обеспечивающих минимальное занятие бортов карьеров транспортными бермами;
- разработка способов и средств перегрузки горной массы при комбинированном транспорте, обеспечи-
вающих эффективную эксплуатацию сборочного и магистрального видов транспорта и минимальное занятие площадей на уступах;
- обоснование рациональной последовательности формирования транспортных систем глубоких карьеров на основе оптимизации параметров и сфер применения основных и специализированных видов карьерного транспорта.
В соответствии с перечисленными задачами в настоящее время ведется разработка новых транспортных схем отработки глубоких карьеров с применением автосамосвалов с комбинированными энергосиловыми установками, гусеничного и троллейвозного транспорта.
Большое внимание уделялось разработке и применению на открытых горных работах дизель-троллейвозов.
Однако по ряду причин (технических, технологических, организационно-экономических и др.) они не нашли применения на открытых горных работах.
Основной причиной этого является то, что разработчики делали попытки заменить карьерный автосамосвал с дизельным двигателем, на дизель-троллейвоз, при этом не внося кардинальных изменений в условия их применения, т.е. не изменяя технологию ведения открытых горных работ.
Проведенные испытания показали, что в принципе дизель-троллейвозы могут использоваться на открытых горных работах, при этом повышается скорость движения, производительность, сокращается расход дизельного топлива, снижается загазованность рабочей зоны и т.д.
Однако имеются и отрицательные явления - увеличение в целом массы дизель-троллейвоза в сравнении с дизель- электрическим автосамосвалом, за счет использования двух источников
питания, сложной разветвленной контактной сети, повышенные требования к конструкции автодорог и т.д. не позволили дизель-троллейвозам получить применение на открытых горных работах.
Одним из новых видов карьерного колесного транспорта может стать троллейвоз.
Идея применения на открытых горных работах троллейвозов не нова. Она впервые была реализована на Бо-гураевском карьере в 1949 г. Несмотря на то, что испытания имели положительный результат троллейвозный транспорт не был внедрен более ни на одном карьере. Это объясняется рядом технологических трудностей, а также существовавшей относительно благоприятной обстановкой в сфере цен на нефтяное топливо.
В период 70-90-х годов прошлого столетия большое внимание в СССР и за рубежом уделялось разработке и внедрению на открытых горных работах дизель-троллейвозов и его модификаций: гиро-троллейвозов, контактно-аккумуляторных троллейвозов и т.д. В технической литературе очень часто дизель-троллейвозы называются троллейвозами. Поэтому необходимо подчеркнуть, что в данной работе рассматривается «чистый» троллейвоз, не имеющий в своей конструкции дизельного двигателя.
Следует отметить, что к изготовлению дизель-троллейвозов различной грузоподъемности неоднократно приступало ПО «БелАЗ». Так в 1964 году был изготовлен опытный образец автопоезда-троллейвоза БелАЗ-7524792 грузоподъемностью 65 тонн. В качестве тягача использовалось шасси 40-тонного самосвала со всеми основными комплектующими узлами и агрегатами. Полуприцеп с задней разгрузкой геометрической вместимостью 34 м3 предназначался для перевозки
вскрышных скальных пород. В 1968 г. были изготовлены шасси №2 и №3 для проведения межведомственных экс-плутационных испытаний. Это были первые опытные образы не только в отношении эксплуатации их в троллейном режиме, но и вообще первые с электромеханической трансмиссией.
Испытания дизель-троллейвозного транспорта по ряду причин закончились неудачно, но определенный опыт был накоплен; выявлены технические проблемы эксплуатации контактных сетей, технологические условия применения троллейвозов и т.д.
Следует отметить, что одной из основных причин разработки и применения дизель-троллейвозов на открытых горных работах, явилось отсутствие надежных и экономичных дизелей, работающих в номинальном режиме 80-90 % времени движения в грузовом направлении.
В 1986 г. на ПО «БелАЗ» были изготовлены два дизель-троллейвоза грузоподъемностью 110 т на базе автосамосвалов БелАЗ - 7519 с электромеханической трансмиссией. Испытания проводились на Куржункуль-ском руднике Соколовско-Сарбайс-кого горнообогатительного комбината, которые позволили определить эффективность использования дизель-троллейвозов по топливно-энергити-ческим показателям и произвести оценку эксплуатационных характеристик троллейвозного комплекса.
Определены технические и технологические условия эффективного использования дизель-троллейвозов: напряжение в контактной сети - 900В, руководящий уклон 8-10 %, расстояние транспортирования не менее 1,52,5 км при степени троллейзации 7080 % и др.
У специалистов-горняков уже сложилось достаточно прочное отрицательное отношение к применению ди-
зель-троллейвозов на открытых горных работах. И это необходимо учитывать при рассмотрении предложений по разработке и применению троллейвозов на карьерах, которым предназначается несколько иная роль в транспортировании горной массы на горнодобывающих предприятиях. А именно: транспортирование горной массы троллейвозом осуществляется от подготовленных стационарных или передвижных перегрузочных пунктов. Роль же сборочного звена, но уже со значительно меньшими расстояниями транспортирования и высотой подъема остается за автомобильным транспортом меньшей грузоподъемности либо другими транспортными средствами, выполняющими эту роль, - гусеничными самосвалами, откаточными вагонетками или шахтным скиповым подъемом.
Проведенный анализ конкретных горнотехнических условий добычи полезных ископаемых на различных горнодобывающих предприятиях России и СНГ и принципов работы троллейвозов показал, что троллейвозы грузоподъемностью 40-45 т, 90-100 т и 130-150 т могут найти достаточно широкое применение на открытых и в некоторых случаях подземных работах.
Варианты их возможного применения рассмотрены на ряде конкретных горнодобывающих предприятиях. Следует отметить что, в данной статье рассматриваются уже сложившиеся условия для применения троллейвозов, т.е. там, где имеются стационарные места погрузки в троллейвозы и стационарные места разгрузки троллейвозов при расстоянии транспортирования от 5 до 30 км и уклоне автодорог от 0 до 10 %. Предпочтительная грузоподъемность троллейвозов для рассматриваемых вариантов составляет 42-45 т и 130-136 т. В
Перегрузочный
склад
Шахта
одном случае грузоподъемность ограничивается конструкцией путепровода через железную дорогу (О = 80 т), во втором случае шириной автодорог, в третьем случае (на трубке «Зарница») определяется грузоподъемностью применяемых автосамосвалов эксплуатируемых на трассе «трубка “Зарница” - ДОФ-12» (рис. 1, 2, 3).
На практике могут быть и иные ус-
Рис. 1. «Комбинат «Магнезит», Карагайский карьер
ловия, например, при отработке трубки «Зарница» (рис. 4.) или трубки «Удачная». В работе [2] рассматривается опыт применения дизель-троллейвозов и в заключении делается вывод о нецелесообразности использовать на глубоких карьерах дизель-троллейвозов, с чем автор данной статьи полностью согласен.
Однако именно на глубоких карьерах целесообразность использования троллейвозов в совокупности с другими транспортными средствами, но в новой и единой технологической цепочке. Автор признает, что согласиться с этой идеей достаточно проблематично, не вникнув в суть предложения.
Следует отметить, что на Куржункульском руднике применялись дизель-троллейвозы практически пере-деланные из автосамосвалов, которые запиты-вали все внутренние системы от двигателя внутреннего сгорания, то есть расходовали горючее как при движении в автономном режиме, так и при движении под контактной
Рис. 2. ОАО «Фосфорит», Кингисеппское месторождение фосфоритовых руд, (Ленинградская обл.)
(расстояние транспортирования 18 км от перегрузочного склада до фабрики. Покрытие автодороги - асфальт)
сетью. Сейчас же возможен подход к решению этих проблем с полным отказом от двигателя внутреннего сгорания, с достижением таких результатов, как рекуперация энергии и сброс ее в контактную сеть, или аккумулирование. Причем при применении закольцованной схемы движения без пересечения транспортных коммуникаций возможен еще более резкий скачок производительности троллейвозов как внешнего транспорта карьеров.
То есть при комбинированной схеме с автомобильным транспортом внутри карьера или в глубинной его части, а троллейвозного - на поверхности и на верхних горизонтах с обустройством перегрузочных складов-накопителей. Такая технологическая схема несомненно, найдет свое применение на карьерах, где не применяется железнодорожный транспорт (рис. 4). Вопрос о создании новых или модернизации на основе уже имеющихся транспортных средств, как троллейвозы, - это вопрос времени. Мы считаем, что троллейвозный транспорт станет вполне естественным самостоятельным транспортом наряду с автомобильным.
На карьере трубки «Зарница» в Западной Якутии, сложилась ситуация, которая наиболее реально отвечает требованиям к применению троллейвозов грузоподъемностью 120-130 т, т.к.
Рис 3. Шахта «Молодежная»; трубка «Мир»
в технологическом процессе транспортирования с рудного склада до фабрики №12 имеется перегрузка руды. [3].
Кимберлитовая трубка «Зарница» находится на площади Долдынского кимберлитового поля в Западной Якутии, в 14 км восточнее города Удачного и в 18 км от обогатительной фабрики №12, на которой перерабатывается руда трубки «Удачная». Месторождение представляет собой вертикально залегающее рудное тело цилиндрической формы. В настоящее время разработка трубки «Зарница» ведется сезонно, в зимний период времени. Транспортирование руды осуществляется автомобильным транспортом. В перспективе предполагается строительство линии электропередачи, мостового перехода под груженые автосамосвалы грузоподъемностью 120-136 т через реку Долдын и достройкой (уширение и укрепление дорожного полотна) автодороги до параметров, обеспечивающих круглогодичную работу большегрузного транспорта [4].
Основной проблемой освоения запасов беднотоварной руды трубки «Зарница» являются значительные объемы транспортной работы по доставке руды до обогатительной фабрики (порядка 3 млрд. ткм). Изыскание наиболее дешевого вида транспортировки руды при формировании поверхностной транспортной системы с технологичными узлами подготовки горной массы для перегрузки ее с одного вида транспорта на другой, промежуточного складирования и загрузки в бункер обогатительной
Рис. 4. Технологическая схема: а) с автомобильным транспортом - склад на борту карьера; б) с автомобильно-троллейвозным транспортом - склад на борту карьера; в) с гусенич-но-троллейвозным транспортом - склад внутри карьера
фабрики при минимальных затратах на перевозку горной массы, является актуальной задачей. Анализ технологии транспортного процесса добычи, складирования и доставки руды с карьера «Зарница» на фабрику №12 показал, что те недостатки, которые имеют дизель-троллейвозы в случае использования их на открытых горных работах, устраняются при использовании троллейвозов. Так, для гарантированной безопасности эксплуатации дизель-троллейвозов контактная сеть должна располагаться от забоя не ближе 300-600 м, что предотвращает ее повреждение разлетающимися кусками горной массы при массовых взрывах [2]. Это усло-
вие выполняется при использовании троллейвозов для доставки руды со склада, расположенного на борту карьера до обогатительной фабрики №12. При переносе рудного склада непосредственного в карьер «Зарница» это условие также соблюдается. При этом полностью исключается использование дизельных двигателей и снижается общее количество выбрасываемых отработавших газов при транспортировке руды из карьера. В нижней части карьера могут быть использованы карьерные автосамосвалы либо гусеничные самосвалы грузоподъемностью 20-40 т. с перегрузкой в троллейвозы большей грузоподъемности 120-130 т. для транспортиро-
вания с перегрузочных складов до обогатительной фабрики (рис. 4 б, в).
Стоимость троллейвозов значительно меньше стоимости дизель-электрических автосамосвалов той же грузоподъемности и тем более дизель-троллейвозов, т.к. у троллейвозов отсутствует дизельный двигатель. Общий вес троллейвоза при сохраняющейся грузоподъемности снижается на 10-15 %, т.к. отпадает необходимость в дизельных двигателях, топливных и масляных баках, масляных и водяных радиаторах, отвода отработавших газов и ряда других систем.
Следует подчеркнуть, что переход на троллейвозы в условиях карьера «Зарница» не связан с необходимостью расширения автомобильной дороги, т.к. они используются в средней и верхней части карьера, в связи с расположением опор контактной сети за пределами дороги, нет ужесточения требований к прочности дорожной конструкции.
Что касается затрат, связанных с эксплуатацией крупногабаритных шин для троллейвозов, то нагрузки на шины снижаются благодаря снижению общего веса троллейвоза по сравнению с дизель-электрическими автосамосвалами и дизель-троллейвозами. Особенно, в случае, если троллейвоз используется практически на горизонтальной дороге, как на трубке «Зарница», то экономически целесообразно будет применять троллейвозы на базе полуприцепов грузоподъемностью 130-150 т.
В отношении скорости движения троллейвозов следует отметить: этот вопрос подлежит обсуждению с целью определения, что для предприятия (АК «Алроса») является предпочтительней - повышение скорости троллейвоза, а следовательно, и производительности троллейвозов или
достижение минимальных затрат. Этот вопрос будет решаться совместно с заказчиком в соответствии с горнотехническими, сезонно-климатическими и другими условиями эксплуатации.
Переход действующего карьера с автомобильного на троллейвозный транспорт связан с принципиальным изменением схемы электроснабжения карьера. Т.е. необходимостью строительства новой распределительной трансформаторной станции, контактных линий, тяговых подстанций и т.д. Их эксплуатация с применением троллейвозов, несомненно, будет более трудоемкой и повышением объемов энергопотребления, что потребует строительства новой распределительной станции и троллейных линий. Однако такой вариант, несомненно, дешевле, чем доставка дизельного топлива в столь отдаленный район, например в Западную Якутию.
По предварительным расчетам, экономический эффект за период эксплуатации карьера «Зарница» до 200 метров при транспортировании горной массы троллейвозами составит 7-8 млрд. руб. (таблица). Еще большая эффективность достигается, если будет принято решение отработки карьера до 400 метров. Ведение горных работ в части карьера, расположенной ниже троллейвозной трассы усложняется такими операциями, как транспортирование горной массы по трассам с повышенным уклоном, возрастание удельного объёма маневровых и погрузочно-разгрузочных операций в продолжительности транспортного цикла. Всё это предъявляет к существующему транспортному оборудованию новые требования, зачастую превышающие их возможности. Так как модернизация применяемого парка машин и повышение уклонов трасс ведёт к большим затратам
Анализ технико-экономических показателей использования троллейвоза на базе самосвала БелАЗ-75131
Показатели Ед.изм.
Среднее расстояние перевозки км 20
Г рузооборот тыс. ткм 200000
Г рузоподъемность т. 130
Производительность 1-го троллейвоза тыс. ткм 8018,9
Необходимый парк троллейвозов шт. 25
Цена 1-го троллейвоза тыс. руб. 20478,75
Капитальные затраты
Стоимость парка троллейвозов тыс. руб. 511968,75
Сооружение ВЁ-6кВ тыс. руб. 9600
Сооружение тяговых передвижных подстанций тыс. руб. 64176
Сооружение троллейных линий тыс. руб. 70400
Реконструкция дороги тыс.руб. 160080
Общие (итого): тыс.руб. 816224,75
Эксплуатационные затраты
Стоимость электроэнергии тыс. руб. 87108
Стоимость смазочных масел на парк тыс. руб. 558,4
Зарплата водителей тыс. руб. 37500
90% ресурс км 800000
Среднегодовой пробег км 125000
Амортизационный срок год 6,4
Амортизация тыс. руб. 80,00
Накладные расходы тыс. руб. 82496,4
Содержание линий эл. передач тыс. руб. 1073,6
Содержание передвижных тяговых подстанций тыс. руб. 9101,2
Содержание троллейных линий тыс. руб. 6191,5
Затраты на З./ч в % от стоимости троллейвоза за весь период
эксплуатации % 70
Затраты на з/ч в год % 10,9
Затраты на з/ч в год на парк тыс. руб. 55804,6
Пробег шин "Впс1е81опе" до замены км 100000,0
Кол-во замен в год на парк троллейвозов шт. 187,5
Цена 1 шины тыс. руб. 226,5
Стоимость шин в год на парк троллейвозов тыс.руб. 42468,8
Содержание гаражно-ремонтной базы тыс. руб. 20990,1
Общие (итого): тыс. руб. 343372,54
Себестоимость руб/ткм 1,72
Примечание. При расчёте на среднее расстояние 20,0 км и при средней технической скорости 18,27 км/ч производительность составит порядка 8018,9 тыс. ткм
и неудобствам, связанным с периодом реконструкции, то вероятным и наименее затратным решением становится применение совместно с существующими транспортными коммуника-
циями и оборудованием, специализированного транспорта для глубинной части карьера.
С целью доработки запасов в существующих контурах, а возможно и за их
пределами предлагается использовать углубочный комплекс, состоящий из двух основных типов машин: гусеничный самосвал и специализированный экскаватор - способных работать на сверхвысоких уклонах (до 30-32 %).
Таким образом применение троллейвозов на открытых горных работах обуславливаются следующими условиями эксплуатации.
1. Удаленность троллейных линий от места производства взрывов 300-600 м.
2. Наличие стационарного погрузочно-перегрузочного пункта, который имеется в технологическом цикле транспортирования горной массы.
3. Расстояние транспортирования горной массы 3-30 км.
4. Наличие поставок электроэнергии.
5. Значительная удаленность горнодобывающего предприятия от мест добычи нефти и нефтеперерабатывающих заводов.
1. Яковлев В.Л. Теория и практика выбора транспорта глубоких карьеров. -Новосибирск: Наука, 1989. - 240 с.
2 Еремеев В.И. Перспективы применения дизель-троллейвозов на глубоких карьерах АК «Алроса» / В.И. Еремеев, В.В. Забелин // Горн. журн. - №1. -2001. С.70-72.
3. Тарасов П.И. Предложение по применению троллейвозного транспорта на примере карьера «Зарница» / П.И. Тарасов, А. П. Тарасов, А. Г. Ворошилов // Проблемы карьерного транспорта. Материалы VIII Международной научнопрактической конференции, 20-23 сентября 2005 г.- Екатеринбург: УрО РАН, 2005. С. 187-190.
6. Срок эксплуатации контактной сети не менее 5-8 лет.
ИГЛ УрО РАН готов выступить куратором по подготовке, разработке и изготовлению троллейвозов грузоподъемностью 45 т, 90 т и 136 т включая контактную сеть и оборудование для монтажа.
В состав коллектива входят организации имеющие опыт проектирования и строительства контактных сетей, заводы выпускающие специальные агрегаты для установки в рыхлых, скальных и мерзлых грунтах до 16 опор в смену, а также завод-изготовитель троллейвозов.
Проведенный анализ горнотехнических условий горнодобывающих предприятий показал, что кроме рассмотренных условий эксплуатации троллейвозов имеются аналогичные условия на ряде других карьерах и разрезах, например, на трубке «Интернациональная», ШУ «Восточное» и др.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Обоснование эффективной транспортной схемы доставки кимберлитовой руды с месторождения трубки «Зарница» на обогатительную фабрику № 12 Удач-нинского ГОКА АК «АЛРОСА» / А.Т. Ве-дин и др.// Проблемы карьерного транспорта (Материалы международной научнотехнической конференции). - Екатеринбург: ИГЛ УрО РАН, 2002 - С 206-211.
5. Обзор конструктивных схем гусеничных самосвалов для карьеров Якутии / П.И. Тарасов и др. // Проблемы карьерного транспорта. Материалы VIII Международной научно-практической конференции, 20-23 сентября 2005 г.- Екатеринбург: УрО РАН, 2005. С. 195-201. ЕШ
— Коротко об авторе ----------------------------------------------------------------
Тарасов А.П.- аспирант, Институт горного дела УрO РАН.
Локлад рекомендован к опубликованию семинаром № 16 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. B.C. Кузьмин.
