CC BY
50
- © Б.Р. Ракишев, Е.Б. Мухамеджанов,
Г.К. Саменов, А.Е. Куттыбаев, 2012
УЛК 625.271.04
Б.Р. Ракишев, Е.Б. Мухамеджанов, Г.К. Саменов, А.Е. Куттыбаев
УСТАНОВЛЕНИЕ ГРАНИЦ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСКАВАТОРНО-АВТОМОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ РАЗЛИЧНОЙ МОЩНОСТИ В ГЛУБОКИХ КАРЬЕРАХ
Приведена методика обоснования основных параметров зон эффективного применения экскаваторно-автомобильных комплексов на глубоких карьерах и оптимального соотношения горного и транспортного оборудования при позонном использовании автосамосвалов различной грузоподъемности.
Ключевые слова: экскаваторно-автомобильный комплекс, глубокие карьеры, по-зонное использование.
Задача определения основных параметров зон и границ рационального применения автосамосвалов различной грузоподъемности в глубоких карьерах может быть решена в три этапа: на первом этапе устанавливаются технологически приемлемые модели автосамосвалов, конкурентоспособные в данных горно-геологических и горнотехнических условиях; на втором этапе выбирается рациональные параметры зон функционирования автосамосвалов и оптимальное сочетание горнотранспортного оборудования; на третьем этапе путем технико-экономического сравнения вариантов и приведения их в сопоставимый вид определяется наивыгоднейшее сочетание экскаваторно-автомобильного комплекса в заданных условиях [1].
Оптимальные параметры зон функционирования экскаваторно-автомобиль-ных комплексов при их зонном использовании устанавливаются на основе экономико-математической модели, целевую функцию которой можно представить в виде: Су.т = ДСЭ, Cai, Сщ, Cn) ^ min, (1)
где Сэ, Сп - удельные текущие затраты на выемочно-погрузочные и перегрузочные работы, тг/м3; С , Са - удельные текущие затраты на транспортные
работы по различным зонам, тг/м3.
В качестве ограничений служат количественные показатели по руде, вскрыше и среднее содержание полезного компонента в руде, что может быть представлено в следующем виде:
I а pi У^р.пл'
IV . > V
/ J вск.j вс
I а
jka\ jk
j=i
I а
•- a2 j
(2)
jk
где Qpi, Qpim - соответственно количество руды i -го экскаватора и по ком-
S p. пл
плексу, т; Vec
V,
то же по вскрыше, м ; Да - допустимое отклонение
i
k
i=i
k
содержания 7 -го компонента в руде; а2- плановое содержание 7 -го компонента в руде; а17к - среднее содержание полезного компонента 7 -го типа в к -ом забое; Qjk - количество добытой руды 7 - го типа в к -ом забое.
Целесообразность перехода на экскаваторно-автомобильные комплексы (ЭАК) разной мощности при позонном использовании автосамосвалов различной грузоподъемности определяется из условия:
т т
^ ^общ — ^ ^общ.к , тг, (3)
п =1 п =1
где Zобщ - общие затраты на горнотранспортные работы при применении однотипного автомобильного транспорта, тг; Zо6щк - общие затраты на горнотранспортные работы при позонном использовании автосамосвалов различной грузоподъемности, тг.
Оптимальной для данного ЭАК будет зона карьера, в которой общие затраты на горнотранспортные работы будут минимальными.
Данный подход, базирующийся на применении метода имитационного моделирования может быть успешно использован как при выборе горнотранспортного оборудования глубоких карьеров, так и при заказе автосамосвалов различной модификации.
Технологический комплекс включает следующие звенья: забойные экскаваторы, внутрикарьерный автомобильный транспорт нижней зоны, перемещающий горную массу до перегрузочного пункта, экскаваторы перегрузочного пункта, автомобильный транспорт верхней зоны, перемещающий горную массу до отвала пустых пород или склада полезного ископаемого [2, 3].
Оптимизация параметров технологического комплекса осуществляется в следующем порядке. Сначала устанавливается оптимальная граница перехода, а затем определяются сроки переноса, места расположения, численность и оптимальные параметры внутрикарьерных перегрузочных складов. Далее оценивается эффективность работы экскаваторно-автомобильных комплексов различной мощности в зависимости от высоты подъема. Осуществляется поиск оптимального сочетания моделей экскаваторов и автосамосвалов. Для моделирования работы комплекса рассмотрено сочетание ЭАК, приведенное в табл. 1.
Таблица 1
Сочетание экскаваторно-автомобильных комплексов
№ Модель автосамосвала (грузоподъемность, т) Модель экскаватора
1 БелАЗ-7547 (г/п 45 т) ЭКГ-5А ЭКГ-8И ЭКГ-10
2 БелАЗ-7555 (г/п 55т) ЭКГ-5А ЭКГ-8И ЭКГ-10
3 БелАЗ-7557 (г/п 90т) ЭКГ-8И ЭКГ-10 ЭКГ-12
4 БелАЗ-7512 (г/п 120 т) ЭКГ-10 ЭКГ-12 ЭКГ-15
5 БелАЗ-7517 (г/п 160 т) ЭКГ-12 ЭКГ-15 ЭКГ-20
6 БелАЗ-75202 (г/п 200 т) ЭКГ-15 ЭКГ-20 ЭКГ-30
7 БелАЗ-75501 (г/п 280 т) ЭКГ-20 ЭКГ-30 ЭКГ-32
8 БелАЗ-75600 (г/п 320 т) ЭКГ-20 ЭКГ-30 ЭКГ-32
По технологическим условиям и на основании опыта эксплуатации экскава-торно-автомобильных комплексов нужно выбрать оптимальное сочетание вместимости ковша экскаватора и грузоподъемности автосамосвала из приведенных в табл. 2 вариантов экскаваторно-автомобильных комплексов.
Основные технические и стоимостные показатели горнотранспортного оборудования приведены в табл. 2 [3].
Технико-экономические показатели искомых вариантов при применении рассматриваемых видов ЭАК определялись для модельного карьера, разрабатывающего залежь полезного ископаемого мощностью 80 м, протяженностью до 3,0 км, углом падения 850 и глубиной 600 м.
Поиск вариантов осуществлялся перебором горнотранспортного оборудования российского и белорусского производства. Для выявления эффективного сочетания экскаваторов и автосамосвалов поочередно моделировалась работа ЭАК, представленных в табл. 1. Результаты моделирования представлены в табл. 3-5.
Как видно из данных табл. 3, удельные текущие затраты на горнотранспортные работы при фиксированном числе автосамосвалов с увеличением глубины карьера растут. При фиксированной глубине карьера с увеличением числа автосамосвалов они снижаются до определенной величины (цифры затемнены), затем с дальнейшим увеличением числа автосамосвалов они снова повышаются, т.е. удельные текущие затраты имеют оптимум.
Согласно данным табл. 4, при заданном числе автосамосвалов с увеличением глубины карьера производительность ЭАК снижается. Для фиксированной глубины карьера с увеличением числа автосамосвалов она повышается. Стабильная производительность комплекса обеспечивается при сочетании вы-емочно-погрузочного и транспортного оборудования, установленным по данным табл. 3 (цифры затемнены). Таким образом, оптимальное сочетание погрузочного и транспортного оборудования для рассматриваемых условий устанавливается по критерию - минимум удельных текущих затрат на горнотранспортные работы.
В табл. 5 приведены значения удельных текущих затрат для различных вариантов ЭАК при оптимальном количестве автосамосвалов, установленном по аналогии для комплекса ЭКГ-10-БелАЗ-7557, для различной глубины карьера. Из этих данных видно, что для всех сочетаний ЭАК с увеличением глубины карьера растут удельные текущие затраты на горнотранспортные работы. При фиксированной глубине карьера они увеличиваются при применении более мощных экскаваторно-автомобильных комплексов, что полностью согласуется с практическими данными горнодобывающих предприятий с открытым способом разработки полезных ископаемых.
Как отмечено выше, важной задачей является определение рациональной глубины карьера, с которой целесообразно перейти на комбинацию моделей автосамосвалов [3]. Существующие методы определения глубины перехода на комбинированный транспорт не учитывают потенциал позонного использования экскаваторно-автомобильных комплексов различной мощности.
Для определения рациональных зон действия ЭАК различной мощности промоделировалась работа автосамосвалов с грузоподъемностью от 45 до 90 т при транспортировке горной массы до внутрикарьерного перегрузочного пункта и с грузоподъемностью от 120 до 320 т от него на дневную поверхность.
Таблица 2
Технико-экономические характеристики карьерных экскаваторов и автосамосвалов
Модель экскаватора ЭКГ-5А ЭКГ-8И ЭКГ-10 ЭКГ-12 ЭКГ-15 ЭКГ-20 экг-зо ЭКГ-32
Вместимость ковша, м3 5 8 10 12 15 20 30 32
Время цикла, сек 23 26 26 28 28 30 30 30
Максимальная мощность, кВт 250 630 800 1250 1250 2250 2500 2500
Эксплуатационная масса, т 196 370 400 650 672 820 900 950
Балансовая стоимость, млн.тг 156,8 296 320 520 544 664 738 779
Модель БелАЗ- БелАЗ- БелАЗ- БелАЗ- БелАЗ- БелАЗ- БелАЗ- БелАЗ-
автосамосвала 7547 7555 7557 7512 7517 75202 75501 75600
Объем кузова, м3 28,5 31,27 53,30 61,00 96,50 115,00 150,00 199,00
Грузоподъемность, т 45 55 90 120 160 200 280 320
Масса, т 33 40 74 86 134 143 200 240
Время разгрузки, сек 29 29 36 40 45 49 53 51
Минимальный радиус поворота, м 10,20 9,00 11,00 13,00 14,00 15,00 16,50 17,20
Модель двигателя КТА 19- КТТА ОБТ 30- 8ДМ (ЗЭК 45- 12ДМ 12ЧН- (ЗЭК 78-
С 19-С С 1АМ С 1АМ 1А26 С
Мощность, кВт 448 522 783 956 1491 1765 2317 2610
Трансмиссия ГМ ГМ ЭМ ЭМ ЭМ ЭМ ЭМ ЭМ
Длина, м 8,09 8,89 10,34 11,25 12,30 13,28 15,20 14,90
Ширина, м 4,62 5,24 5,90 6,14 6,83 6,58 8,30 9,25
Высота, м 4,39 4,61 5,34 5,72 6,20 7,78 6,95 7,22
Балансовая стоимость, млн.тг 26,24 34,99 50,40 80,06 112,32 148,78 216,00 264,00
Стоимость шины, тыс.тг 437 583 840 1334 1872 2480 3600 4400
5Л
го
Таблица 3
Значения удельных текущих затрат на горнотранспортные работы при использовании ЭКГ-10-БелАЗ-7557 в зависимости от глубины карьера и количества автосамосвалов, тг/м3
К Глубина карьера, м
60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
2 178,00 232,00 293,00 358,00 427,00 499,00 573,00 627,00 680,00 758,00
6 149,00 195,00 248,00 299,00 340,00 410,00 462,00 526,00 593,00 645,00
10 143,00 184,00 233,00 284,00 323,00 382,00 437,00 494,00 558,00 602,00
14 138,00 183,00 230,00 275,00 321,00 378,00 430,00 477,00 540,00 583,00
18 137,00 181,00 228,00 274,00 320,00 376,00 425,00 470,00 531,00 568,00
22 134,00 180,00 225,00 274,00 318,00 373,00 420,00 467,00 526,00 556,00
26 138,00 178,00 223,00 271,00 317,00 370,00 415,00 461,00 519,00 544,00
30 144,00 183,00 222,00 269,00 317,00 367,00 413,00 460,00 513,00 537,00
34 147,00 189,00 224,00 267,00 315,00 363,00 412,00 457,00 509,00 529,00
38 147,00 195,00 230,00 268,00 312,00 360,00 409,00 455,00 506,00 523,00
42 153,00 199,00 234,00 269,00 314,00 358,00 407,00 454,00 503,00 517,00
45 156,00 202,00 238,00 271,00 315,00 360,00 404,00 452,00 500,00 513,00
48 160,00 205,00 241,00 271,00 317,00 363,00 407,00 450,00 497,00 512,00
52 162,00 213,00 245,00 275,00 318,00 366,00 409,00 455,00 497,00 510,00
56 165,00 217,00 249,00 279,00 320,00 367,00 412,00 461,00 501,00 508,00
60 171,00 223,00 252,00 283,00 323,00 372,00 418,00 473,00 506,00 514,00
Примечание: К - количество автосамосвалов
Таблица 4
Годовая производительность ЭАК - ЭКГ-10-БелАЗ-7557 в зависимости от глубины карьера и количества автосамосвалов, тыс. м3
К Глубина карьера, м
60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
2 1938 1520 1189 969 815 705 617 573 528 484
6 5596 4362 3459 2864 2401 2115 1850 1718 1564 1454
10 9033 7248 5706 4736 4009 3525 3106 2842 2533 2357
14 12249 9826 7909 6499 5596 4847 4318 3899 3459 3194
18 13040 12227 9980 8350 7138 6190 5552 4957 4472 4119
22 13464 13131 11853 10068 8636 7490 6786 5948 5442 4957
26 13836 13437 13120 11610 10112 8878 7931 7050 6389 5860
30 13924 13285 13410 12976 11522 10200 9077 8129 7402 6764
34 13990 13395 13469 13248 12778 11412 10179 9187 8306 7645
38 14078 13461 13517 13285 13167 12580 11290 10200 9297 8526
42 14188 13571 13555 13373 13241 13154 12360 11170 10289 9385
45 14232 13637 13571 13439 13307 13219 13100 11941 10927 10091
48 14298 13681 13637 13505 13373 13285 13175 12817 11566 10707
52 14386 13792 13725 13593 13461 13373 13263 13153 12023 11500
56 14497 13880 13814 13703 13549 13483 13351 13241 13065 11727
60 14563 13968 13902 13770 13637 13571 13439 13329 13219 12976
Примечание: К - количество автосамосвалов
Таблица 5
Значения удельных текущих затрат для базовых вариантов ЭАК, тг/м3
Варианты ЭАК Глуб ина карье ра, м
60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660
БелАЗ-7547 - ЭКГ-5А 121,78 161,98 203,38 245,98 289,78 334,78 380,98 428,38 476,98 526,78 577,78
БелАЗ-7555 - ЭКГ-8И 124,70 166,81 209,72 253,43 297,94 343,25 389,36 436,27 483,98 532,49 581,80
БелАЗ-7557 - ЭКГ-10 134,20 178,18 222,56 267,34 312,52 358,10 404,08 450,46 497,24 544,42 592,00
БелАЗ-7512 - ЭКГ-12 139,20 185,45 231,60 277,65 323,60 369,45 415,20 460,85 506,40 551,85 597,20
БелАЗ-7517 - ЭКГ-15 145,00 192,60 239,80 286,60 333,00 379,00 424,60 469,80 514,60 559,00 603,00
БелАЗ-75202 - ЭКГ-20 150,11 199,55 248,19 296,03 343,07 389,31 434,75 476,39 523,23 566,27 608,51
БелАЗ-75501 - ЭКГ-30 161,34 212,73 262,91 311,90 359,68 406,27 451,65 495,84 538,82 580,61 621,19
БелАЗ-75600 - ЭКГ-32Р 166,25 218,55 269,45 318,95 367,05 413,75 459,05 502,95 545,45 586,55 626,25
различной мощности
Определялись удельные текущие затраты на горнотранспортные работы при высоте подъема 480 м для разного сочетания ЭАК, которые приведены в табл. 6. Рассмотрено 3 варианта транспортировки автотранспортом (рис. 1).
В первом варианте подъем горной массы без разделения на зоны осуществляется только автосамосвалами грузоподъемностью 200 т. Во втором случае при двухзонном применении автотранспорта рассмотрены варианты сочетания автосамосвалов 200-45, 200-55 и 200-90 т. Высота подъема для первого ряда машин изменялась от 360 до 120 м, для второго ряда - от 120 до 360 м. В третьем варианте при трехзонном применении автотранспорта рассмотрено сочетание автосамосвалов 200-90-45, 200-120-45 и 200-120-55 т. Высота подъема для первого, второго и третьего ряда машин приведена в табл.6 (первый столбец).
Как видно из данных табл. 6, каждый из рассмотренных вариантов ЭАК имеет свои технологические и экономические преимущества в определенных зонах функционирования. Например, при высоте подъема 480 м из рассмотренных выше вариантов при однотипном использовании автотранспорта целесообразно применение большегрузных автосамосвалов грузоподъемностью 200т, при двухзонном использовании сочетание автосамосвалов грузоподъемностью 200-45 т и при трехзонном использовании сочетание автосамосвалов грузоподъемностью 200-90-45 т.
Из всех трех зон для отработки карьера глубиной 480 м наивыгоднейшей является двухзонное использование автотранспорта с применением автосамосвалов грузоподъемностью 200 т в верхней зоне высотой 360 м и автосамосвалов грузоподъемностью 45 т в нижней зоне высотой 120 м.
Основные технико-экономические показатели работы транспорта при однотипном и позонном использовании автосамосвалов различной грузоподъемности при высоте подъема 480 м приведены в табл. 7.
На основе проведенных исследований и опыта работы горнорудных предприятий с использованием автомобильного транспорта по аналогии [4] представляется целесообразным разделение карьеров по глубине на: неглубокие глубиной до 240 м; глубокие глубиной до 480 м; сверхглубокие глубиной до 660 м (рис.2). Последние состоят из двух и трех зон соответственно, в которых наличествует свое эффективное сочетание экскаваторно-автомобильных комплексов различной мощности. Каждая выделенная зона характеризуется определенными условиями эксплуатации карьерного автотранспорта.
Таблица 6
Удельные текущие затраты на горнотранспортные работы при высоте подъема 480 м
Высота зоны,м Сочетание грузоподъемности автосамосвалов, т
1 зона 200
480 476,39
2 зоны 200-45 200-55 200-90
360/120 420,60 421,43 431,00
300/180 422,13 422,63 433,28
240/240 424,97 426,13 435,56
180/300 425,49 428,06 436,19
120/360 427,04 428,53 437,50
3 зоны 200-90-45 200-120-45 200-120-55
240/120/120 453,47 472,86 474,82
180/180/120 453,90 473,33 474,02
120/240/120 454,37 476,39 477,22
180/120/180 456,00 476,93 478,42
120/180/180 457,57 479,46 480,62
120/120/240 457,43 482,53 484,02
Таблица 7
Технико-экономические показатели модельного карьера при высоте подъема горной массы на 480 м
Показатели Варианты ЭАК
200 т 200-45 т 200-90-45 т
Высота зон (верхняя/средняя/ниж- 480 м 360/120 м 180/180/120 м
няя), м
Размеры карьера по дну, м 300 х 80 300 х 80 300 х 80
Размеры карьера по поверхности, м 1586x1396 1253x1034 1220x1012
Ширина транспортных съездов, м 30 30 - 22 30 - 20 - 17
Угол откоса конечного борта карье- 43,89 45,30 45,91
ра, град Объем горной массы, млн. м3
226,12 211,74 203,91
Удельные текущие затраты, тг/м3 476,39 420,60 453,90
Общие затраты, млн.тг 46885,72 37245,93 37336,03
С увеличением глубины рационально увеличение уклонов и уменьшение ширины автодорог с целью снижения объемов вскрыши.
Приведенные данные и их анализ показывает, что в неглубоких карьерах глубиной до 240 м с годовым объемом перевозок до 15 млн т горнотранспортные работы целесообразно вести без разделения карьера на зоны с применением экскаваторов с вместимостью ковша 3-12 м3 и автосамосвалов грузоподъемностью 30-120 т в зависимости от глубины подъема.
В глубоких карьерах глубиной до 480 м с годовым объемом перевозок до 50 млн т горнотранспортные работы необходимо вести с разделением карьерного пространства на две зоны по высоте. В верхней зоне высотой 180-360 м целесообразно использовать экскаваторы с вместимостью ковша 10-20 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 90-200 т, в нижней зоне карьера высотой 60180 м экскаваторы с вместимостью ковша 5-10 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 45-90 т.
Рис. 2. Позоииое распределение экскаваторно-автомобильных комплексов на глубоких карьерах
В сверхглубоких карьерах глубиной до 660 м с годовым объемом перевозок до 80 млн т горнотранспортные работы целесообразно вести с разделением карьерного пространства на три зоны по высоте. В верхней зоне высотой 180-360 м необходимо использовать экскаваторы с вместимостью ковша 20-32 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 200-320 т, в средней зоне карьера высотой 120-240 м - экскаваторы с вместимостью ковша 10-15 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 90-160 т, в нижней зоне карьера высотой 60-180 м экскаваторы с вместимостью ковша 5-10 м3 и автосамосвалы грузоподъемностью 45-90 т.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ракишев Б.Р., Бегалинов А.Б., Лункин И.В. Определение границ применения различных видов колесного транспорта на карьерах // ГИАБ, №9, 2002. - С.150-152.
2. Смирнов В.П., Берсенев В.А. Перспективные системы транспорта при разработке глубоких карьеров // Сборник научных трудов ИГЛ УрО РАН «Геотехнологические проблемы комплексного освоения недр». - Екатеринбург, 2004. - № 2 (92). - С.348-357.
3. Мариев П.Л., Кулешов А.А., Егоров А.Н., Зырянов И.В. Карьерный автотранспорт: Состояние и перспективы // СПб.: Наука, 2004. - 429 с.
4. Яковлев В.Л., Тарасов П.И., Журавлев А.Г., Фурин В.О., Ворошилов А.Г., Тарасов А.П., Фефелов Е.В. Новый взгляд на карьерный автомобильный транспорт // Известия вузов. Горный журнал. 2006. №6. - С. 97-107. ШИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Ракишев Б.Р. - академик HAH PK, доктор технических наук, профессор, Мухамеджанов Е.Б. - кандидат технических наук, профессор, Саменов Г.К. - старший преподаватель кафедры открытых горных работ, Куттыбаев А.Е. - старший преподаватель кафедры открытых горных работ,
Казахский национальный технический университет им. K.H. Сатпаева, e-mail: b.rakishev@mail.ru
