CC BY
13
© П.И. Тарасов, В.А. Черепанов,
2008
УДК 622.68
П.И. Тарасов, к.т.н., В.А. Черепанов
ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ УСЛОВИЙ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ля России, как крупнейшей минерально-сырьевой держа-
вы, состояние производственного потенциала горнодобы-
вающей промышленности имеет исключительно важное значение. В то же время, исходя из самого существа процессов освоения недр, горные предприятия, в отличие от предприятий других отраслей промышленности, могут эффективно функционировать только при постоянном воспроизводстве выбывающих мощностей, требуют значительных ресурсов и длительного времени на восстановление производственного потенциала, характеризуются необходимостью огромных затрат на поддержание их в безопасном состоянии как при осуществлении горных работ, так и при их консервации или погашении. Поэтому в свете перспектив наиболее успешного освоения минерально-сырьевых богатств, проектирование рудников должно развиваться на базе обоснования такой стратегии разработки месторождений, которая обеспечивает не только комплексное освоение недр и своевременное техническое переоснащение производства, но и рациональное сочетание открытых и подземных горных работ при периодическом взаимном воспроизводстве их мощностей.[1]
Как показали исследования, использование благоприятных технологических особенностей открытых и подземных горных работ при совместном решении вопросов вскрытия и разработки месторождений может обеспечить существенное повышение эффективности производства. К числу таких особенностей относятся: совместное вскрытие нижних горизонтов карьеров и шахтного поля комплексом подземных выработок, применение рациональных технологических схем открытой и подземной разработки, размещение части вскрышных пород в зоне обрушения или в отработанных
130
подземных камерах, комплексное решение вопросов дренажа и водоотлива из карьера, совместное использование промышленных сооружений на поверхности и т.д. [2]
Разработка месторождений ведется по двум схемам: совместная и последовательная. При совместной схеме карьер и рудник могут работать одновременно и независимо друг от друга, разделенные рудным барьерным целиком. Последовательная схема предусматривает отработку верхней части месторождения открытыми работами, а нижней - подземными. Такую последовательность ведения горных работ называют комбинированным способом разработки месторождения [3]. Как показывают: мировая практика; основные положения современной концепции комплексного освоения и сохранения недр; усложнение горно-технических условий разработки эксплуатируемых и вновь осваиваемых месторождений, за последние годы возрастает значимость этой технологии разработки месторождений.
Переход от открытых работ к подземным реализуется в двух вариантах: без оставления и с оставлением барьерного целика. На участок, расположенный под дном карьера, оказывается влияние как открытого, так и подземного способа разработки. Этот участок называют переходной зоной, а период его отработки - переходом от открытых к подземным работам. Возможны три технологические схемы отработки переходной зоны: открытым способом, подземным способом, открыто-подземным способом [3].
На рубеже XX - XXI вв. основным видом технологического транспорта при добыче полезных ископаемых открытым способом является автомобильный, который во всем мире используется для перевозки примерно 80% всей горной массы. Доминирующее положение карьерного автотранспорта объясняется заложенными в нем такими неоспоримыми достоинствами, как мобильность, гибкость, автономность, возможность обеспечения высокой интенсивности горных работ и др. [4].
Отечественный и зарубежный опыт подземной разработки мощных месторождений крепких руд показывает, что наиболее вероятны технологические схемы отработки открыто-подзем-ного яруса с использованием рельсового и автомобильного подземного транспорта [3]. Перспективы создания высокоэффективной технологии очистной выемки руды также связаны с широким внедрением самоходного оборудования. При подземной разработке рудных
131
месторождений автомобильный транспорт после локомотивной откатки занимает ведущее место.
Рельсовый транспорт, как правило, более конкурентоспособен, особенно на предприятиях с большой производственной мощностью (несколько млн. т. в год). Однако в определенных условиях транспортирование большегрузными автосамосвалами может оказаться предпочтительнее, если, например, использовать электрические троллейвозы типа «Кируна-Трак»[3]. По результатам испытаний этого подземного троллейвоза были выявлены его преимущества перед другими транспортными средствами: высокая скорость, высокая производительность, отсутствие выбросов вредных веществ в атмосферу, не высокий уровень шума и т.д.
Перспективны также отечественные разработки в области развития подземного транспортирования руды автопоездами типа АШ-75 [5], состоящими из 3-5-вагонов с боковым опрокидыванием. Эти поезда вписываются в относительно малые сечения выработок (10-12 м2), не требуют маневров при перемене направления движения и разгрузке, что существенно компенсирует недостатки автотранспорта в сравнении с рельсовым [3]. Преимущество автопоездной компоновки подтверждается также благодаря большой грузоподъемности при небольших габаритных размерах (длина-ширина) по сравнению с существующими подземными автосамосвалами (табл. 1).
При разработке подземным способом высока стоимость проходки транспортных выработок, ограничена скорость передвижения техники, применяются небольшие транспортные уклоны, характерно большое количество погрузо-разгрузочных и перегрузочных работ, значительная доля затрат приходится на проветривание рабочего пространства и т.д. Транспорт в подземных условиях имеет меньшую производительность по сравнению с открытыми работами из-за ограниченного пространства подземной выработки, сложнее по причине использования нескольких транспортных элементов и необходимости их взаимной увязки. Условия ведения и возрастающие объемы подземных горных работ определяют новые требования к созданию транспортных машин повышенной грузоподъемности и Таблица 1
Массогабаритные показатели подземных автосамосвалов
132
Марка Грузо- Габариты Минималь-
подъемность, кг Длина, мм Ширина, мм Высота, мм ное сечение выработки, м2
МоАЗ 7529 22000 8790 3090 2630 16-18
МоАЗ 7508 35000 10200 3090 2630 16-18
МоАЗ 7405-9586 22000 8610 2900 2630 16-18
БелАЗ 75800 40000 10300 3120 2840 -
Atlas Copco* MT-5010 50000 10990 3200 3350 25-27
Hermann Paus
Maschinenfabrik 20000 8900 2200 3100 -
PMKT 1000
Caterpillar AD 55 55000 11229 3250 3148 -
Sandvik Toro Toro 60 60000 10630 3265 3374 -
Kiruna Electric truck 50000 10600 3400 3900** 20
Автопоезд шахтный АШ-75 75000 36000 2200 2000 10-12
* - в таблице представлены некоторые из самых больших по габаритным показателям зарубежных подземных автосамосвалов фирм Atlas Copco, Hermann Paus Maschinenfabrik, Caterpillar, Sandvik Toro.
** - высота троллейвоза фирмы «Кируна» (Kiruna Electric truck) до троллейной линии - 3900 мм (высота без токосъемного устройства - 3300 мм)
высокой единичной мощности для работы в выработках с относительно небольшим сечением. Применение транспорт-ных машин большой грузоподъемности может обеспечить более эффективное ведение очистных работ и создать предпосылки для достижения высоких технико-экономи-ческих показателей при разработке месторождений большой мощности. Конструкция машин для подземных работ позволяет использовать их на открытых горных разработках, но специфика подземных работ не позволяет применять их с полной отдачей в карьерах. Для автосамосвалов, применяющихся на открытыхгорных работах, характерны большие габаритные размеры и более высокая грузоподъемность. В странах СНГ, выпускается (РУПП «БелАЗ») лишь несколько модификаций автосамосвалов для подземных горных работ и множество машин для открытых горных работ. За рубежом
133
самосвалы для подземных работ сейчас выпускают Atlas Copco, Burdmachines, Bumar, Caterpillar, Dux, GIA (Kiruna Truck), Kaelble, Marcotte, Normet, Paus, Tamrock. Несмотря на такое разнообразие, в настоящее время нет машин, которые могли бы эффективно работать в подземных выработках и карьерных транспортных коммуникациях одновременно.
В целях повышения эффективности работы транспортных систем при комбинированной разработке месторождений, возникла необходимость создания транспортного средства, которое бы учитывало специфику ведения открытых и подземных горных работ, имело возможность движения по крутым уклонам, высокую грузоподъемность при малом сечении подземных горных выработок. В ИГД УрО РАН ведутся исследования по разработке и внедрению специализированного вида карьерного транспорта - троллейавто-поезда (ТАП) - для комбинированной разработки месторождений. Прототипом ТАП может стать упомянутый выше шахтный автопоезд АШ-75, разработанный совместно ИГД УрО РАН и НИПИгор-маш в 1980-х годах.
Под ТАП подразумевается автопоезд на колесном ходу с троллейным питанием, вытянутый в длину для достижения высокой грузоподъемности при небольших размерах в поперечном сечении, предназначенный в первую очередь для перемещения горной массы из забоя (или перегрузочного пункта) в шахте до поверхности без дополнительных перегрузок, используя карьерное пространство. Не исключается возможность использования дизель-троллейвозного варианта, как и собственно автопоезда (с дизельными двигателями). Вариант автопоезда в троллейном исполнении предназначается в первую очередь для месторождений, расположенных в районах с высокой стоимостью дизельного топлива (например, для районов Севера или районов, где электроэнергия доступнее нефтяного топлива). Возможно исполнение машины и с другими вариантами энергосиловых установок (рис. 1).
134
г ) ^
а) еЗ^—©^До^Ло^-^э ЭД + ЭД
■{□ШО)—©мз ЭД + АЭ
ЭД + ДД
в)
Варианты энерг о-
га и
\ .
'-»__ (( $§§§§ ))
-силовых установок
I д) ^©^
ДД + ДД (ГТД)
^□Д©—©Ш©—©I
^ ЭД (+АЭ)
¡Й©—©I
е) ^
Рис. 1. Варианты компоновки автопоездов в зависимости от энергосиловой установки: ЭД - электродвигатель; АЭ - аккумулятор энергии; ДД - дизельный двигатель; ГТД - газотурбинный двигатель; а) троллейавтопоезд; б) троллейно-аккумуляторный автопоезд; в) троллейавтопоезд с одной кабиной управления; г) дизель-троллейвозный вариант исполнения; д) автопоезд с одной кабиной управления; е) автопоезд
Дизель-троллейвозный вариант исполнения машины позволяет снизить расход топлива, увеличить скорость транспортирования, увеличить производительность, увеличить транспортный уклон, снизить загазованность, улучшить технико-эконо-мические показатели по мере возрастания расстояния транс-портирования. Дополнительная экономия достигается при отказе от дизельного двигателя в случае применения троллейвозов за счет: обслуживания только одной энергетической установки; снижения общего веса троллейвоза при сохраняющейся грузоподъемности (из машины исключаются топливные и масляные баки и ряд других систем); отсутствия необходимости в дизельном топливе. Колесный ход ТАП, аналогично автотранспорту, позволяет ориентироваться на преодоление уклонов до 11 %, а при использовании троллейвозного варианта - до 15-35 %. Автопоездная компоновка позволяет эксплуатировать ТАП в выработках с относительно небольшим сечением, а изменение количества и размеров вагонов-прицепов дает возможность изменять в широких пределах грузоподъемность. Принцип челночного движения (аналогично железнодорожному транспорту, в котором ведущие вагоны расположены в начале и в конце состава) не требует маневров при перемене направления движения (отпадает необходимость в сложном путевом развитии как при железнодорожном транспорте). По карьеру ТАП передвигается аналогично троллейвозам. Троллейная линия располагается на опорах вдоль карьерных автодорог. При этом, за счет меньших габаритов ТАП по сравнению с карьерными автосамосвалами и устоявшихся (постоянными) съездов в карьере, установка опор троллейной линии не приведет к расширению транспортной бермы.
Габаритные размеры ТАП аналогичны показателям подземных автосамосвалов (рис. 2, 3, 4), приведенных в табл. 1, т.к. подземные выработки ограничены определенным сечением. Выбор грузоподъемности зависит от горнотехнических, экономических и др. факторов.
При определенных горно-технических условиях ТАП может обеспечить перемещение горной массы от забоя до поверхности, имея при этом следующие преимущества перед другими транспортными средствами: 1) более крутые уклоны транспортных коммуникаций (больше 11 %), а следовательно, снижение объемов работ по вскрытию месторождения;
136
Рис. 2. Взаимосвязь грузоподъемности и ширины подземных автосамосвалов
1500 2000 2500 3000 3500 4000
высота, мм
Рис. 3. Взаимосвязь грузоподъемности и высоты подземных автосамосвалов
2) отсутствие загазованности благодаря использованию электроэнергии, а следовательно, меньшие затраты на систему вентиляции и простои, отсутствие затрат на нефтяное топливо; 3) большая грузоподъемность при малых габаритных показателях (ширина - высота), благодаря автопоездной компоновке; 4) повышение производительности за счет подъема (спуска) горной
137
0 100 200 300 400 500 600 700 800
мощность двигателя, л. с.
Рис. 4. Взаимосвязь мощности двигателя и ширины подземных автосамосвалов
массы из подземных выработок на поверхность через карьерное пространство, без дополнительных перегрузок, с большой скоростью на подъеме; 5) возможность автоматизации процесса транспортирования; 6) отсутствие сложного путевого развития (как при электровозном транспорте), а следовательно, снижение затрат на монтажные и ремонтные работы; 7) снижение затрат: а) отсутствие необходимости в крупном поверхностном (подъемные установки, бункера и т.д.) и подземном дробильном комплексах (возможность транспортировать крупнокусковую горную массу); б) простота и дешевизна околоствольного двора; в) относительно малые сечения выработок, а следовательно, снижение объемов работ по вскрытию месторождения; 8) низкий уровень шума.
Предварительные массогабаритные показатели ТАП определены на основе аналогичных показателей подземных автосамосва-
лов:
Грузоподъемность, кг........................................................................................75000*
Длина, мм......................................................................................................................30000-40000
Ширина, мм................................................................................................................2200 - 3400
Высота, мм..................................................................................................................200 - 3900
Сечение выработки, м2..................................................................................12 - 20
Мощность двигателя, л.с................................................................................до 1000
* Грузоподъемность ТАП может варьироваться в зависимости от горнотехнических условий путем изменения количества и грузоподъемности вагонов-прицепов, входящих в состав ТАП.
138
Область применения ТАП определяется исходя из экономической целесообразности и зависит от горно-геологических условий залегания месторождения. Работая в комплексе с погрузочным оборудованием, ТАП может применяться как:
1) основной вид транспорта от забоя до поверхности:
а) при совместном вскрытии и отработке карьерных и шахтных полей;
б) при вскрытии месторождений наклонным транспортным стволом;
2) сборочный транспорт:
а) на промежуточных горизонтах в комплексе с др. видами транспорта;
б) при отработке изолированных рудных тел (при вскрытии их специальными уклонами и штольнями).
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каплунов Д.Р. Комплексное освоение рудных месторождений: проектирование и технология подземной разработки / Д.Р. Каплунов, И.И. Помельников, В.И. Левин, В.И. Шубодеров, Е.А. Блюм, В.И. Сергеев. - М: ИПКОН РАН, 1998г. - 383 с.
2. Щелканов В.А. Комбинированная разработка месторождений / В.А. Щел-канов, С. А. Сторчак. - Кривой Рог: КТУ, 1996. - 293 с.
3. Каплунов Д.Р. Геотехнология перехода от открытых к подземным горным работам / Д.Р. Каплунов, В.А. Юков. - М.: «Горная книга», 2007. - 267с.
4. Мариев П.Л. Карьерный автотранспорт: состояние и перспективы / П. Л. Мариев, А.А, Кулешов, А.Н. Егоров, И.В. Зырянов. - СПб: Наука, 2004. - 429 с.
5. Славиковский О. В. Погрузочно-транспортный комплекс рудника. - М.: «Недра», 1990. - 184 с. ГГШ
— Коротко об авторах
Тарасов П.И. - к.т.н., Черепанов В.А. - м.н.с.,
ИГД УрО РАН.
д_
- © В.И. Галкин, 2008
139
