CC BY
25
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98»
МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98 СЕМИНАР 2 «ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ В СЛОЖНЫХ ГОРНО- ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ»
В.В. Лыков, студент
Московский государственный горный университет
ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ТРАНСПОРТНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СХЕМ
Состояние добычи горной массы и развития транспортных систем на наиболее крупных карьерах России характеризуется падением уровня добычи сырой руды, (с 312 млн.т до 187 млн.т за четыре года).
Снижение фактических объемов добычи руды по карьерам в целом составило 7-8% в год, по вскрыше 8-13% в год, по отдельным карьерам снижение объемов еще более значительное. На основании изучения и анализа показателей по рассматриваемым карьерам можно сделать вывод о том, что транспортные системы большинства карьеров отставали в своем развитии от темпов понижения горных работ, не обеспечивая рациональных условий эксплуатации отдельных видов транспорта и не отвечали конкретным условиям ведения горных работ.
Существенно отставал в развитии железнодорожный транспорт. Сравнительная оценка по глубине его ввода для рассматриваемых карьеров показывает, что даже близкие по размерам карьеры значительно отличаются, по степени использования пространственных параметров карьерного поля для более глубокого ввода железнодорожного транспорта.
Незначительный удельный вес применения железнодорожного транспорта по глубине объясняется двумя факторами:
- недооценка значения железнодорожного транспорта в период проектирования карьеров, завышение эффективности использования автотранспорта, а также слишком оптимистичная оценка по срокам ввода и эффективности эксплуатации ЦПТ и ПТ:
- на многих карьерах, имеющих условия для предпочтительного применения железнодорожного транспорта, он или не рассматривался вообще, или имел второстепенное (после автотранспорта) значение, или был ориентирован на тепловозную тягу
Недостаточное развитие железнодорожного транс порта от темпов понижения горных работ привело к тому, что в неоптимальных условиях эксплуатируется автотранспорт в комбинированных схемах: слишком велика высота подъема горной массы от забоев до пунктов перегрузки и большие объемы повторных перевозок (практически 45-50% горной массы перевозится по схемам комбинированного транспорта,
дважды грузится в транспортные средства, что ведет к задалживанию дополнительных погрузочных и транспортных средств и дополнительным расходам, а также вынуждает занимать под внутрикарьерные склады значительные площади). Все это приводит к тому, что производительность транспортных средств снижается, а себестоимость растет .
Следует отметить, что технико-экономические показатели (освоение проектной производственной мощности, производительность транспортных средст», себестоимость перевозок ) на более глубоких карьерах не хуже, а зачастую даже лучше, чем на средних по глубине и даже существенно более мелких. Это не отрицает усложняющихся последствий роста глубины карьера, а лишь подтверждает другой вывод - на эффективность работы карьера помимо горнотехнических факторов оказывает влияние ряд других, при этом определяющее значение имеет степень совершенства транспортных систем.
Одной из предстоящих проблем глубокого ввода железнодорожного транспорта, является необходимость учета вероятностного характера процессов погрузки и транспортирования грузов и связанные с этим ограничивающее влияние на пропускную способность. При этом должны учитываться: высокая концентрация транспортных коммуникаций, многократное пересечение и изменение движения поездов, враждебность и неоднородность грузопотоков, ограничивающие размеры в плане и т.д., факторы, которые нельзя описать детерминировано, а сложность существующего детерминированного расчета пропускной способности и его несовершенство открывают новые направления в научных исследованиях.
Карьер, где эта проблема и ее решение стоит в первой очереди, - Лебединский. Здесь предложено два проекта разработки Лебединского месторождения с использованием железнодорожного транспорта. Первоначальный вариант технического проекта на разработку Лебединского месторождения с использованием железнодорожного транспорта предусматривал комбинированный способ вскрытия внешними и внутренними наклонными траншеями, располагаемыми на нерабочем северном борту карьера. Внешние выездные траншеи предназначались
для вскрытия и разработки верхней зоны карьера. Формирование внутренних тупиковых вскрывающих выработок осуществлялось в виде двух систем вскрывающих выработок, проходимых в противоположных направлениях в сторону западного и восточного бортов карьера. Развитие вскрывающих выработок обеспечивало проходку на каждый горизонт двух съездов и ввод по ним двух железнодорожных тупиков. В каждой внутрикарьерной системе вскрывающих выработок предусматривалось строительство железнодорожных станций, позволяющих выполнять транспортно обменные операции и изменять направления движения электропоездов следующих в карьер и из него.
Все грузопотоки рудноскальной горной массы из забоев западного и восточного бортов карьера концентрировались на ст."Кварцитная", а затем горную массу транспортировали по двум внешним выездным траншеям на пункты приема горной массы на поверхности карьера. Для разгрузки и транспортирования рыхлой вскрыши с восточного борта на внешний отвал предусматривались проходка вспомогательной выездной траншеи внутреннего заложения и строительство железнодорожных станций "Северная" и "Отвальная". Ввод железнодорожного транспорта проектируется на глубину 380м. Максимальное расстояние транспортирования горной массы с отметкой (-180)м до пунктов приема горной массы составляет 24км. Опыт эксплуатации Лебединского карьера, анализ схем вскрытия и условий ведения горных работ на других мощных глубоких карьерах показали ряд существенных недостатков, определяющих экономическую эффективность работы карьера:
• многократное (5-6 раз) изменение направления движения и увеличение дальности транспортирования горной массы вследствие большого числа тупиковых станций, снижающих общий уклон до 2,2%, при руководящем 4%;
• низкая обеспеченность забоев порожняком из-за удаленности тупиков обмена локомотивосоставов;
• малая пропускная способность транспортной системы ввиду ограничения вскрытия каждого рабочего горизонта двумя тупиковыми съездами;
• высокая инерционность транспортной системы, не позволяющая сокращать расстояние транспортирования горной массы при приближении его к пунктам приема;
• трудность организации селективной разработки и различных попутных полезных ископаемых при комплексном освоении месторождения.
Одним из основных недостатков этого способа вскрытия является одно или двустороннее вскрытие рабочих горизонтов, ограничивающее ввод железнодорожного транспорта непосредственно к забоям
карьера. Такое вскрытие рабочих горизонтов при протяженности фронта горных работ на уступах достигающего до 12км, не позволяет обеспечить высоких скоростей подвигания уступов с использованием железнодорожного транспорта. Низкие скорости подвигания уступов (отрабатываемых на железнодорожный транспорт) вынуждает поддерживать производственную мощность карьера по добыче руды за счет интенсивного его углубления, повышения объемов внутрикарьерных перевозок руды автотранспортом при одновременном увеличении высоты подъема и дальности транспортирования горной массы, роста числа экскаваторов на перегрузочных пунктах. Двустороннее вскрытие рабочих горизонтов не позволяет создать условия для высокопроизводительной работы горнотранспортного оборудования из-за протяженных обменных рабочих железнодорожных тупиков достигающих 4-5км, а также ввиду сложной схемы путевого развития требующей неоднократного изменения направления движения поездов.
С целью устранения отмеченных недостатков схемы вскрытия с тупиковыми вскрывающими выработками и создания условий для рационального использования железнодорожного транспорта при разработке мощных глубоких месторождений на ЛГОКе разработан новый способ многостороннего вскрытия карьера и обоснован порядок его реализации.
В основу предложенного способа вскрытия положены следующие принципы:
• поэтапное многостороннее вскрытие каждого рабочего горизонта по всей рабочей зоне карьера;
• поэтапная проходка вскрывающих выработок, обеспечивающих прямой заезд транспортных средств в карьер по кратчайшему пути;
• рассредоточение в плане и по высоте вскрывающих выработок и железнодорожных обменных пунктов на нерабочем борту карьера; поэтапное увеличение руководящего уклона внешних и внутренних кап. траншей.
Реализация этих принципов осуществляется следующим образом: карьерное поле вскрывают системой двух групп взаимопересекающихся выездных железнодорожных траншей. При этом обеспечиваются вскрытие и транспортная связь не с отдельной группой рабочих уступов, а со всеми уступами карьера, в том числе и с самыми глубокими.
При помощи первой системы вскрывающих выработок вскрывают все рабочие горизонты, обеспечивая тем, самым прямой заезд железнодорожного транспорта на рабочие горизонты по кратчайшему расстоянию.
Вторая система вскрывающих выработок, пересекающаяся с первой системой, имеет противоположное направление и обеспечивает вскрытие всех рабо-
чих горизонтов противоположного торца карьера, обеспечивая также прямой заезд транспортных средств по кратчайшему пути.
С целью рассредоточения грузопотоков горной массы вскрывающие выработки каждой системы траншей внешнего и внутреннего заложения распределяют на нерабочем борту равномерно, параллельно друг другу.
Число траншей в каждой системе вскрывающих выработок, их конструкция, расположение, расстояние между ними зависят от протяженности нерабочего борта карьера и его конфигурации, руководящего уклона выездных траншей. Пересечение систем вскрывающих выработок между собой выполняют на одном уровне, что позволяет в местах пересечения осуществить строительство внутрикарьерных распределительных железнодорожных станций рассредоточенных как по длине, так и по высоте нерабочего борта карьера.
Таким образом, создаётся система внешних и внутренних вскрывающих выработок и железнодорожных станций, связанных железнодорожным транспортом и рассредоточенных на нерабочем борту карьера. Это позволяет вскрывать каждый рабочий горизонт карьера в нескольких различных местах по всей высоте его рабочей зоны, и, тем самым, обеспечивать многосторонний прямой заезд составов из первой (4%), второй (5% ), третьей (6%) внешних траншей на каждый горизонт карьера, в том числе и на его дно.
В настоящее время предложенный способ вскрытия реализуется на Лебединском карьере. Проходка второй и третьей выездных траншей осуществлена на борту ранее отработанного Южно-Лебединского карьера, что обеспечивает рациональное использование техногенных ресурсов выработанного пространства. Использование последнего позволило существенно сократить объем горно-капитальных работ.
Реализация способа многостороннего вскрытия Лебединского карьера обеспечивает возможность:
• повышения производительности карьера по руде с 45 до 60 млн. т/год;
• ввода железнодорожного транспорта на глубину 450м, а в перспективе на глубину 700м;
• сокращения расстояния транспортирования к пунктам разгрузки в два раза;
• уменьшения объемов внутрикарьерных автомобильных перевозок скальной горной массы, среднего расстояния транспортирования пород автотранспортом в три раза;
• повышения производительности горно-транспортного оборудования и сокращения парка локомо-тивосоставов за счет уменьшения расстояния транспортирования, увеличения скорости движе-
ния поездов, приближения пунктов обмена составов к забоям (в среднем длина обменного рабочего тупика сокращается с 4-5 до 1.7км);
• увеличения средней скорости подвигания фронта горных работ в 3 раза;
• формирования высокодинамичной многозабойной рабочей зоны карьера с высокой концентрацией горных работ;
• повышения надежности и гибкости транспортной системы, позволяющей сократить расстояние транспортирования по мере приближения контуров карьера к местам приема горной массы;
• раздельного транспортирования различного вида полезных ископаемых при комплексном освоении месторождения;
• улучшения экологической обстановки на глубоких горизонтах благодаря сокращению использования большегрузных автосамосвалов на этих горизонтах.
Приведенные описание двух вариантов технических проектов на разработку Лебединского месторождения не в полной мере учитывают все особенности и трудности, которые возникнут в перспективе.
На сегодняшний день, к примеру, оптимальное использование предлагаемых крутых уклонов еще стоит под вопросом. Уже сейчас производится недогруз в вагоны, которые транспортируют кварциты по траншее второго этапа с уклоном 5%.
Значит, для поддержания проектной производственной мощности необходимо увеличивать парк задействованных железнодорожных составов, а это ведет к необходимости увеличения пропускной способности. А ввод траншеи 3-го этапа, которая сдерживается горно-капитальными работами накладывает еще более существенные проблемы пропускной способности. Так, по предлагаемой транспортной схеме, чтобы спуститься или выехать на нижние горизонты по любой из трех траншей необходимо пройти как минимум через три пересечения, на которых пересекаются грузопотоки разные как по качеству, так и по направлению. Это определяет новые проблемы для обеспечения пропускной способности — встреча и разъезд маршрутов.
Анализ графиков исполненного движения поездов показывает, что уже сейчас попытка планирования графиков движения и организация движения по ним, оказывается малоуспешной. Необходим новый подход к решению проблем пропускной способности глубоких карьеров, где принимаемые решения должны учитывать вероятностные факторы, основанные на детальном анализе транспортных схем и технологических характеристик применяемых комплексов.
Установлено, что движение поездов в системах карьер - фабрика — карьер, отвал подчиняется зако-
нам массового обслуживания. С наибольшей степенью точности отражает реальные условия движения поездов математический метод имитационного моделирования, использование которого позволит быстро и достоверно установить пропускную способность путевых элементов и схем.
Для примера рассмотрим математическую модель транспортной схемы и экскаваторно-железнодорож-ный комплекс в виде модели, где переменной величиной является руководящий уклон капитальной траншеи, число экскаваторов, поездов, и другие параметры. Изменение уклона капитальной траншеи принимаем соответственно проекту Лебединского карьера, т е. — 4%, 5%, 6%. Длину железнодорожных путей в капитальной траншее — соответственно 2км.
Модель экскаваторно-железнодорожного комплекса представлена двумя подсистемами «Отвальная" и "Забойная" с использованием локомотивов ОПЭ-1а, и думпкаров ВС-105. Забойная подсистема, включающая 6 забойных экскаваторов, может содержать до 20 экскаваторов с их индивидуальными характеристиками и технологическими параметрами, а "Отвальная" подсистема содержащая 4 экскаватора может включать до 20 отвальных экскаваторов. Число поездов изменяется от 1 до 3 на забойный экскаватор, что приводит к изменению частоты движения на различных участках трассы. Расчётное число думпкаров для рассматриваемой модели определяется в зависимости от принимаемых уклонов.
Анализ модели для заданных условий, представленный в виде графиков (рис.1) и технологических характеристик показывает, что изменение уклона влечёт за собой резкое изменение исследуемых величин, которыми являются:
• число вагонов в составе;
• производительность комплекса;
• эксплуатационные затраты;
• частота движения поездов.
Так, при изменении уклона капитальной траншеи 4%, 5%, 6% число вагонов в составе колеблется соответственно — 13 шт, Юпгг, 8шт. Это влечёт за собой снижение производительности забойной подсистемы, которая сдерживает производительность комплекса в целом. Изменение производительности комплекса относительно оптимума эксплуатационных затрат в исследуемой модели соответствует:
19365 м3/см - 11 составов с эксплуатационными затратами 2,01 руб/м3, для 4%;
17048 мЗ/см - 11 составов с эксплуатационными затратами 2,24 руб/м3, для 5%;
15968 мЗ/см - 12 составов с эксплуатационными затратами 2,49 руб/мЗ, для 6%.
число поездов в комплексе Рис.1. Технологические характеристики экскава-торно-железнодорожного комплекса при уклоне 4% (-------), 5%(— - —), 6%(--------).
1. Производительность забойных экскаваторов.
2. Производительность отвальных экскаваторов.
3. Частота движения поездов.
4. Эксплуатационные затраты.
Изменение частоты движения поездов относительно оптимума затрат характеризуется увеличением с 11 поезд/час для 4% и 13-ти составов- до поезд/час для 6% и 15 составов. Приведённые характеристики свидетельствуют о том, что повышение уклонов приводит к:
• снижению общей ёмкости состава;
• снижению производительности всего комплекса;
• увеличению эксплуатационных затрат;
• повышению частоты движения поездов, и как следствие этому, для поддержания действующей производительности комплекса требуется увеличение количества задействованных поездов.
Но в то же время наблюдается:
• значительное сокращение длины транспортных коммуникаций;
• возможность ввода железнодорожного транспорта на более глубокие горизонты;
• формирование высокодинамичной многозабойной рабочей зоны карьера с высокой концентрацией горных работ.
Пропускную и провозную способность транспортных схем весьма важно определять с учётом положительных и отрицательных факторов повышения уклонов и непосредственно для конкретных карьеров.
©В.В.Лыков
