CC BY
29
© С.А. Шемякин, Е.С. Клигунов, А.Ю. Чебан, 2007
УДК 621.879.38:622.232
С.А. Шемякин, Е.С. Клигунов, А.Ю. Чебан
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ С ПРИМЕНЕНИЕМ СКРЕПЕРОВ И БУЛЬДОЗЕРНО-СКРЕПЕРНЫХ АГРЕГАТОВ
Семинар № 16
Существенное повышение эффективности вскрышных работ на мелкозернистых талых породах (песок, супесь, суглинок, глина) без крупнообломочных включений, например Ёучегорский угольный разрез, может быть достигнуто путем применения скреперов увеличенной грузоподъемности. Если грузоподъемность возрастает за счет удлинения ковша и приложения к нему импульсных колебаний, то отношение веса скрепера к вместимости ковша в/Ук уменьшается (табл. 1.). Данные, приведенные в табл. 1, получены при увеличении длины ковша Ьк базового для расчета скрепера ДЗ-107 до значений Ь1к , которые принимались равными Ьк; 1,5 Ьк; 2,0 Ьк; 2,5 Ьк, а также тяговых расчетов в транспортном режиме и прочностных расчетов рабочего оборудования скрепера.
Для автосамосвалов соотношение в/Ук между весом машины и геомет-
рическим объемом кузова меньше, чем у скреперов, и составляет 11-20. Меньшие значения в/Ук соответствуют большим моделям автосамосвалов. В связи с этим автосамосвалы развивают при транспортировке породы и холостых пробегах большую скорость, чем скреперы. Однако время простоя автосамосвалов под загрузкой около карьерного одноковшового экскаватора больше, чем время черпания породы скреперами. Кроме того, при оценке себестоимости производства работ и экономической эффективности необходимо учитывать затраты связанные с работой одноковшового экскаватора при загрузке автосамосвала и бульдозера на планировочных работах в отвалах, которые при работе скреперов отсутствуют. В конечном итоге удельные приведенные затраты на выполнение земляных работ скреперами меньше, чем с помощью автосамосвалов, одноковшовых экскаваторов и бульдо-
Таблица 1
Характеристики удлиненных ковшей с импульсными колебаниями (базовый скрепер ДЗ-107)
1} / ь ‘-к' к Вес скрепера в, кН Геометрическая емкость ковша Ук, м3 С / VК , кН/м3
1,0 750 25,0 30
1,5 863 34,8 25
2,0 971 44,6 22
2,5 1080 54,0 20
0 1 2 3 4 Ь км
зеров, если дальность транспортировки породы не превышает 3,5 км. Для примера на рис. 1. приведены результаты расчета удельных приведенных затрат на выполнение вскрышных работ с помощью двух комплектов машин. Первый комплект состоит из скреперов с длинными ковшами вместимостью 54 м3, оснащенных интен-сификаторами загрузки в виде механизма импульсных колебаний ковша в вертикальной плоскости [1], [2]. Второй комплект состоит из одноковшового экскаватора ЭКГ-8И, автосамосвалов БелАЗ-7519 грузоподъемностью 110 т, а в качестве планировщика отсыпаемой породы был принят бульдозер ДЗ-126А (базовый трактор ДЭТ-250М). Транспортировка породы осуществляется вверх по уклону в 4°, при этом коэффициент сопротивления качению колес принят 0,05. Производительность по экскавации и перемещению породы обоими комплектами машин была принята одинаковой. Количество скреперов и автосамосвалов изменялось в зависимости от дальности перемещения. Из графиков, представленных на рис. 1, следует, что комплект, состоящий из скреперов, экономичнее комплекта с автосамосвалами при дальности транспортировки породы до 3,5 км.
Следует отметить, что среднее расстояние транспортирования поро-
Рис. 1. Зависимости удельных приведенных затрат К на выполнение вскрышных работ от дальности перемещения породы Ь: 1 - комплект скреперов; 2 - комплект экскаватор-автосамосвал-бульдозер
ды редко превышает 3,5 км. Из большого количества ГОКов, МК, автобаз, ВМК можно назвать лишь Сорский МК (3,58 км), Михайловский ГОК (3,63 км), Магнитогорский МК (4,73), Жайремский ГОК (3,63 км), где среднее расстояние транспортирования породы несколько превышает 3,5 км.
На крепких породах возникает необходимость применять взрывной способ для подготовки горной массы к выемке и первичной переработке. В настоящее время появились прогрессивные технологии ведения взрывных работ, из которых наибольший интерес с экономической и экологической точек зрения представляет взрывание в искусственно созданном двухстороннем демпфирующем зажиме [3]. При взрыве в глубоко зажатой среде увеличивается содержание в горной массе фракций размером 500 мм с 70 до 90 %, что позволяет применить для выемки и транспортировки, скреперы, которые могут работать самостоятельно, т.е. без комплектации с другими машинами, если взрыв производится на нижнем горизонте карьера или со стороны рабочих площадок. При взрыве уступов скреперы могут работать в комплекте с карьерным экскаватором. На рис. 2 представлена технологическая схема отработки взорванного уступа скреперами в комплекте с гидравлическим карьерным экскаватором. Работа скреперов с импульсными колебаниями ковша в комплекте с одноковшовым экскаватором после взрыва породы в уступе возможна по различным вариантам:
- с загрузкой ковша скрепера одноковшовым экскаватором;
- с зачерпыванием скрепером породы, уложенной полосой одноковшовым экскаватором;
- с частичным зачерпыванием породы ковшом скрепера и последующей дозагрузкой ковша с «шапкой» одноковшовым экскаватором.
Работа машин по первому варианту связана с длительной по времени загрузкой ковша скрепера. Кроме того, следует учесть простой экскаватора при замене очередного скрепера который составляет 20-40 с.
Работа комплекта экскаватор -скрепер по второму варианту предпочтительнее, т.к. не связана с простоями скреперов и экскаватора. В данном случае нет жесткой технологической связи между работой скрепера и экскаватора. Необходимо только одно, чтобы до подхода оче
Рис. 2. Технологическая схема отработки взорванного уступа скреперами с удлинёнными ковшами и интенси-фикаторами загрузки в комплекте с гидравлическим карьерным экскаватором: 1 - карьерный гидравлический экскаватор; 2 - скрепер
редного скрепера была отсыпана полоса породы достаточной длины и более или менее ровным слоем. Формирование этой полосы может быть начато сразу же вслед за скрепером, зачерпывающим породу. Взорванная порода является в большинстве случаев несвязной между собой и плохо проникает внутрь ковша скрепера. Применение механизма импульсных колебаний ковша позволяет, как показали эксперименты [1], на 30-35 процентов увеличить его наполняемость связной и несвязной породой.
Отсутствие простоев скреперов и экскаватора позволяет уменьшить количество скреперов на единицу.
Третий вариант работы комплекта экскаватор-скрепер является
комбинированным между первым и вторым вариантом и может быть применен в том случае, если по каким-либо причинам заполнение ковша скрепера путем зачерпывания с высоким коэффициентом заполнения затруднено, например, из-за наличия в породе крупнообломочных включений (более 600 мм).
Другая технологическая схема работы большегрузных скреперов с импульсными колебаниями ковша по зачерпыванию и транспортировке взорванной горной массы может быть в комплекте с бульдозерно-скреперными (БСА) или бульдозерно-скреперно-рыхлительными агрегатами (БСРА). В этом случае БСА или БСРА (рис. 3) производят разволовку взорванной горной массы по рабочей площадке уступа и выравнивают (пла-
Рис. 3. Технологическая схема выемки и транспортировки взорванной породы на уступе карьера с помощью БСА или БСРА (1) и большегрузных скреперов (2)
нируют) взорванную горную массу с целью прохода по ней скреперов. Одно из существенных преимуществ работы БСА (БСРА) и скреперов в данной технологической схеме является то, что оба типа машин осуществляют зачерпывание породы под уклон. Это обстоятельство значительно снижает энергозатраты и необходимую силу тяги на выемку и зачерпывание породы.
Расчеты по определению комплекта машин показывают, что два скре-пер-дозера БСА (ЗТМ-25) с вместимость скреперного ковша 25 м3 по производительности комплектуются с 10 скреперами ДЗ-107 М с вместимостью ковша 47 м3.
Для обоснования первого технологического решения (рис. 2) были выбраны два сравниваемых между собой
комплекта машин при транспортировке породы на 3 км. В первый комплект входят: одноковшовый гидравлический экскаватор ЭГ-10, автосамосвалы БелАЗ-7112 и бульдозер рыхлитель ДЗ-141 ХЛ (на тракторе Т-500). Во второй комплект входят одноковшовый гидравлический экскаватор ЭГ-10, а также скреперы с вместимостью ковша 47 м3 с интенсификатором в виде механизма импульсных колебаний ковша. Экономия достигается преимущественно за счет уменьшения времени цикла работы скреперов по сравнению с автосамосвалами, которые простаивают под загрузкой на 38 секунд больше, чем происходит самозагрузка скреперов. Экономия достигается также за счет отсутствия бульдозера на отвале породы. Результаты экономического прогноза применительно к Ургальскому месторождению угля приведены в табл. 2.
Для экономической оценки от внедрения большегрузных скрепров с импульсными колебаниями ковша и
Таблица 2
Показатели экономической эффективности от внедрения большегрузных скреперов с импульсными колебаниями ковша и гидравлических экскаваторов ЭГ-10 М при погрузке и транспортировке взорванной породы
Наименование показателей и измеритель Обозначение Значение показателя
1. Чистый дисконтированный доход, у.е. ЧДД 1238000
2. Индекс доходности ИД 78
3. Внутренняя норма доходности Евн -
4. Срок окупаемости, месяцы Ток 1
Таблица 3
Показатели экономической эффективности от внедрения большегрузных скреперов с импульсными колебаниями ковша и БСА при черпании и транспортировке взорванной породы применительно к Ургальскому месторождению угля
Наименование показателей и измеритель Обозначение Значение показателя
1. Чистый дисконтированный доход, у.е. ЧДД 2038700
2. Индекс доходности ИД 1,57
3. Внутренняя норма доходности Евн 0,42
4. Срок окупаемости, месяцы Ток 5,6
бульдозерно-скреперных агрегатов при черпании и транспортировке (рис. 3) взорванной породы были выбраны два комплекта машин. В первый входят: Экскаватор ЭКГ-10 и десять автосамосвалов БелАЗ-7512. Дальность транспортирвки породы 3 км. Во второй комплект входят: два бульдозерно-скреперных агрегата БСА (ЗТМ-25) и десять скреперов с вместимостью ковша 47 м3, заполняющегося дополнительно с помощью механизма импульсных колебаний. Производительность обоих комплек-
тов выровнена и составляет 1935000 м3/год. Доходы применительно к Ургальскому месторождению складываются из-за отказа от 8 экскаваторов ЭГ-10 общей стоимотью 4100000 у.е. Кроме того, экономия возникает из-за отказа от бульдозеров на отвалах, стоимость которых 440000 у.е. Экономия возникает из-за разности стоимости машино-смен экскаватора и двух БСА, т.е. 67500 у.е. Затраты связаны с приобретением БСА общей стоимостью 2400000 у.е. Результаты расчета представлены в табл. 3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Клигунов Е.С., Шемякин С. А.
Применение скреперов с импульсными колебаниями ковша на вскрышных работах. Г орный информационно-аналитический
бюллетень. МГГУ. 2005. №3.
2. Клигунов Е.С., Шемякин С.А.,
Оникиенко Д. В. Скрепер. Патент РФ №2283923. Опубл. 20.09.2006. Бюл. №26.
3. Шевкун Е.Б., Мирошников В.И. Про-
грессивная технология открытой разработки месторождений скального типа. - Владивосток - Хабаровск: ДВО РАН, 1997. - 88 с.
— Коротко об авторах---------------------------------------------------------
Шемякин Станислав Аркадьевич, профессор, доктор технических наук.
Клигунов Евгений Сергеевич - старший преподаватель.
Чебан Антон Юрьевич - старший преподаватель.
кафедра «Строительные и дорожные машины» со специализацией «Открытые горные работы», Тихоокеанский государственный университет (ТОГУ).
