CC BY
60
Науки о Земле
УДК 533.3:553.3.078
Авдеев Павел Борисович Pavel Avdeev
выбор оптимальной области применения определенного вида карьерного транспорта при отработке месторождений забайкалья
selection of optimum application field for specific open-cut transport type during develop-ment of transbaikalian deposits
Представлена методика оптимизации области применения карьерного транспорта по видам в зависимости от параметров карьера
Ключевые слова: карьерная транспортная
трасса, глубина карьера, удельные эксплуатационные и капитальные затраты
Application field optimization techniques for different open-cut transport types sin-gled out on the basis of the open pit parameters are presented
Key words: open-cut transport line, depth of open pit, specific operational and capital costs
Энергетический подход при оценке эффективности процессов и технологий открытых горных работ нашел отражение в исследованиях многих ученых.
Наиболее важен вопрос, связанный с выбором и обоснованием критерия оценки энергетической эффективности транспортных систем глубоких карьеров и отдельных видов транспорта. Широко используемые на практике критерии (кВтч/т, г/т, кВт.ч/т. км, г/ткм), учитывающие расход энергии на единицу объема перевезенной горной массы или на единицу грузооборота, малоинформативны и не отражают специфики глубоких карьеров. Исходя из основных функций транспорта глубоких карьеров, в качестве критерия может быть принята величина удельных затрат энергии на подъем
1 т горной массы из карьера. Тогда коэффициент полезного использования энергии (р) определится из выражения [2, 7]
/' = (е. - V *100 %, (1)
где ет — теоретически необходимая величина расхода энергии на подъем 1 т горной массы на высоту 1 м (ет =9,81 кДж/тм);
еф — фактические затраты энергии данным видом транспорта, кДж/тм.
Приведение фактических затрат энергии к расходу первичных энергоресурсов (у.т.) осуществляется с использованием следующих выражений:
^ ф.а. = Чу* впер * вт * вдт’ (2)
е = е * в * в , (3)
ф.(к) у ' э ' пот1 4 '
где е фа, е фК(Ж) — удельные затраты условного топлива на подъем 1 т горной массы на 1 м, соответственно, автомобильным и конвейерным (железнодорожным) транспортом, г у. т/тм;
Чу — удельный расход дизтоплива автосамосвалами, г/тм;
еу — удельный расход электроэнергии конвейерным (железнодорожным) транспортом, кВтч/тм;
впер — коэффициент, учитывающий затраты энергии на получение дизтоплива из
нефти (впер = 1,18-1,20) [3];
вдт — коэффициент, учитывающий затраты энергии на добычу и транспортирование топлива (вдт =1,04-1,10) [4];
вт — коэффициент, учитывающий разницу удельной теплоты сгорания дизельного и условного топлива (вт =1,5);
вэ — показатель, учитывающий затраты условного топлива на получение 1 кВт.ч электроэнергии (вэ =300-330 г/кВтч);
впот — коэффициент, учитывающий потери электроэнергии при передаче и распределении (вот ~1,1).
Используя фактические данные расхода энергии конкретными видами транспорта глубоких карьеров на единицу грузооборота, получим
%=ч/иа; (4)
ву= в /кк(ж), (5)
где ц, е — соответственно, удельный расход дизтоплива (г/т км) автосамосвалами и электроэнергии (кВт.ч/т.км) конвейер-
ным (железнодорожным) транспортом;
Ъ, — высота подъема горной массы на 1 км внутрикарьерной трассы (уклон трассы) при данном виде транспорта, м/км.
Тогда формулу (1) можно представить в виде
(6)
И = (еМ^ЧОО %,
где ет = 9,81 кДж/тм;
вф — фактические затраты энергии данным видом транспорта, г у. т/тм;
0у — удельная теплота сгорания условного топлива, кДж/г ^ = 29,3 кДж/г).
С использованием предложенной методики и фактических данных глубоких железорудных карьеров установлены показатели энергоемкости различных видов транспорта при работе на подъем горной массы (см. таблицу). Энергетическая эффективность конвейерного транспорта (^
= 14,8__21,8 %) в 1,8...2,2раза выше, чем
электрифицированного железнодорожного транспорта (р.ж = 7,8-10,2 %) и в 2,43,1 раза выше, чем автомобильного (ра = 6,3...7,7 %).
Энергоемкость различных видов транспорта при работе на подъем горной массы из карьеров
Вид транспорта Удельная энергоемкость ц, %
натуральные показатели условное топливо
г/т*м кВт*ч/т*м г у.т/т*м
Автомобильный о СО 1 СМ см" - 4,3 - 5,4 ,7 7, 1 ,3 6,
Железнодорожный - 0,007 - 0,014 ,6 4, 1 СМ 3, ,2 0, 1 СО 7,
Конвейерный - 0,004 - 0,0063 1,4 - 2,4 СО 21 1 со 4,
Полученные данные были использованы для расчета областей эффективного применения каждого из трех видов карьерного транспорта. Расчеты проводились по двум методикам.
Первая методика основана на изложенной технологии расчетов через расход энергии на подъем на поверхность 1 т горной массы при фиксированной производительности карьера в 10 млн т/год.
Вторая методика основана на расчетах
удельных эксплуатационных затрат на добычу и транспортирование руды на поверхность плюс удельные капитальные затраты на строительство транспортных карьерных трасс при фиксированной производительности карьера в 10 млн т/год.
На рис. 1 показана зависимость расхода энергии на подъем 1 т горной массы для различных типов транспорта от глубины карьера.
ф
¡а
я
о
с
св
Я
-
а
ф
=
то
я
о
и
«
Св
Ь
глубина карьера, м
Рис. 1. Зависимость расхода энергии на подъем 1 т горной массы для различных типов транспорта от глубины карьера:
1 - автомобильный транспорт;
2 - железнодорожный транспорт; 3 - конвейерный транспорт
Как видно из рис. 1, расход энергии на подъем на поверхность горной массы наиболее экономичен для конвейерного транспорта и наиболее затратен для автомобильного транспорта, т.е., если опираться на сделанные расчеты, то для любых глубин карьера теоретически лучшим вариантом является применение конвейерного транспорта. Но, как показывает анализ работы глубоких карьеров черной и цветной металлургии, это не совсем так. Причиной этому служат большие капиталовложения в строительство транспортных трасс для конвейерного транспорта.
Попробуем оценить эффективность применения различных видов транспорта при помощи затрат на добычу и подъем горной массы на поверхность карьера с учетом затрат на строительство транспортных трасс. Данные показатели являются составными частями оценки проектных решений
по освоению месторождении через критерий чистой дисконтированной прибыли.
На рис. 2 показана зависимость удельных эксплуатационных расходов на добычу и подъем на поверхность карьера горной массы от глубины карьера для различных видов транспорта.
Как видно из приведенного рисунка, зависимость эксплуатационных затрат и расход энергии на подъем горной массы на поверхность подчиняются одним и тем же закономерностям: наиболее затратным является автомобильный транспорт и наиболее дешевым — конвейерный, т.е. без учета строительных затрат показатели эксплуатационных расходов не могут характеризовать эффективность применения того или иного вида карьерного транспорта.
Произведем расчет капитальных затрат на строительство транспортных трасс для различных видов карьерного транспорта.
2
св
Б
а
X
л
о
2
X
л
£
£
Глубина карьера, м
Рис. 2. Зависимость удельных эксплуатационных затрат на добычу и подъем на поверхность 1 т руды от глубины карьера для различных типов транспорта: 1 - автомобильный транспорт;
2 - железнодорожный транспорт; 3 - конвейерный транспорт;
/// - область расчетов по фактическим данным
На рис. 3 показана зависимость капитальных затрат на строительство транспортных трасс для автомобильного, железно-
дорожного и конвейерного транспорта от глубины карьера в расчете на 1 т добытой
руды.
Л
н
СВ
с
н
СВ
м
н
2
х
Л
ч
СВ
н
8
С
СВ
а
н
2
х
Л
ч
а;
и
>4
й
2
х
н
а
о
х
о
X
СВ
£
о
X
н
о
Л
ч
«
н
X
о
а
н
«
СВ
X
ч
ч
о
«
сГ
о
СВ
а
н
Глубина карьера, м
Рис. 3. Зависимость удельных капитальных затрат на строительство транспортных трасс от глубины карьера для различных типов транспорта:
1 - автомобильный транспорт;
2 - железнодорожный транспорт; 3 - конвейерный транспорт;
/// - область расчетов по фактическим данным
Как видно из рисунка, наиболее дешевыми являются автомобильные дороги. Стоимость строительства железной дороги с глубиной карьера значительно возрастает, что объясняется большими расходами на сооружение разминовочных туннелей и подстанций. Затраты на строительство конвейерных трасс занимают промежуточное
положение между автомобильными и железными дорогами.
Суммарные эксплуатационные затраты и затраты на строительство транспортных трасс в расчете на 1 т добытой руды в зависимости от глубины карьера по видам транспорта показаны на рис. 4.
+
3
сЗ
&
н
«
0)
3 а я
0 а я й
1
4 к
«
Й
Л
0)
3 а
Л
4
&
н
и
3
а
н
&
о
к
&
н
о
Й м
д
ч
н
а
о
&
80
70
60
50
н
>40
ч
о
«30
20
10
0
50 100 150 200 250 300 350
Глубина карьера, м
400 450 500
Рис. 4. Схема эффективного использования различных видов карьерного транспорта в зависимости от глубины карьера: 1 - автомобильный транспорт; 2 - железнодорожный транспорт;
3 - конвейерный транспорт
Анализ рисунка показывает, что по критерию суммарных затрат на добычу, транспортировку на поверхность и капитальные затраты на строительство карьерных трасс в расчете на 1 т добытой руды эффективной зоной применения железнодорожного транспорта являются глубина карьера до 200 м, собственно автомобильный транспорт эффективен на глубинах от 200—300 м. Глубже 300 м наиболее экономичен конвейерный транспорт.
Анализ тенденций развития карьерного транспорта в России и за рубежом показывает, что перспективы применения железнодорожного транспорта при разработке месторождений открытым способом связаны с переходом на электровозную
тягу. Дальнейшее совершенствование автомобильного транспорта связывают с выпуском автомобилей повышенной грузоподъемности (до 300—350 т), оснащенных гидромеханической трансмиссией (ГМТ). Поскольку использование дизельного топлива для автомобильного транспорта является одним из главных источников загрязнения окружающей среды, в настоящее время проводятся исследования замены дизельных двигателей на электрическую тягу. Дизель-троллейвозный транспорт может обеспечить повышение производительности при транспортировании горной массы на 10—12 % при увеличении скорости движения на подъеме на 20—30 %, сокращение расхода дизельного топлива на 50—70 %,
сокращение общей стоимости энергозатрат, улучшение санитарно-гигиенических условий работы в глубоких карьерах, сокращение эксплуатационных расходов на 15—20 %. Одним из путей совершенствования автомобильного транспорта является улучшение качества автомобильных дорог.
Исследования по совершенствованию конвейерного карьерного транспорта направлены на разработку крутонаклонных конвейеров, которые могли бы работать при угле наклона конвейера до 380 (близком к углу естественного откоса скальных пород), что позволит значительно уменьшить длину транспортирования горной массы на поверхность, а значит и сократить эксплуатационные и капитальные затраты.
Как видно из рис. 4, затраты на автомобильный и конвейерный транспорт при глубине карьера более 300 м разнятся незначительно, поэтому с целью оптимизации транспортирования горной массы на поверхность целесообразно рассмотреть вопрос совмещения этих двух видов транспорта для доставки руды с глубоких горизонтов карьера. В рабочей зоне отбойки организуются промежуточные склады товарной руды, которая доставляется автосамосвалами. Из промежуточных рудных складов осуществляется погрузка руды на конвейеры, которые и доставляют ее на поверхность.
На рис. 5 показана принципиальная схема организации карьерного транспорта при отработке месторождений Забайкалья глубокими карьерами.
Рис. 5. Принципиальная схема организации транспорта горной массы при открытой разработке рудных месторождений Забайкалья:
1- железнодорожный транспорт;
2 - автомобильный транспорт; 3 - конвейерный транспорт
Литература
1. Бахтурин Ю.А. Современное состояние карьерного транспорта: каталог-справочник «Горная Техника» / Ю.А. Бахтурин. — 2005. — 212 с.
2. Бахтурин Ю.А. Вопросы рационального применения конвейерного транспорта скальной горной массы на глубоких карьерах: каталог-справочник «Горная Техника» / Ю.А. Бахтурин. — 2006. - 276 с.
3. Николаев Ю.А. Перспектива применения различных видов транспортных средств на глубоких карьерах в XXI веке / Ю.А. Николаев. — Интернет, 2009.
4. Лель Ю.И. Теоретические основы выбора карьерного транспорта рудных карьеров: дис. — д-ра техн. наук / Ю.И. Лель. — М.: ИГД им. Скочинского, 1978. — 421 с.
5. Яковлев В. Л. Перспективные способы крутонаклонного подъема горной массы рельсовым транспортом / В.Л. Яковлев, С.Л. Фесенко, Д.Н. Неугодников // Карьерный транспорт: проблемы и решения. — Екатеринбург, 2001. — С. 38-43.
6. Яковлев В.Л. Теория и практика выбора транспорта глубоких карьеров / В.Л. Яковлев. — Новосибирск: Наука, 1989. — 240 с.
7. Тангаев И.А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых / И.А. Тангаев. — М.: Недра, 1986. — 231 с.
8. Энергоемкость транспортных систем карьеров: Интернет. Горная техника. 21.01.2009.
9. Сорокин Л.А. Энергетическая оценка средств карьерного транспорта / Л.А. Сорокин // Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами: тез. докл. междунар. конфер. — Челябинск: НИИОГР, 1996. — С. 89-90.
Коротко об авторе________________________________________________Briefly about the author
Авдеев П.Б., канд. техн. наук, доцент, Читинский P. Avdeev, Candidate of Engineering Science, Senior государственный университет (ЧитГУ) Lecturer, Chita State Univer-sity
Научные интересы: открытая разработка месторождений полезных ископаемых, геотехнология месторождений благородных металлов, охрана окружающей среды
Areas of expertise: open-cast mining of mineral deposits, geotechnology of depos-its of precious metals, environmental protection
