Выбор рациональной модели карьерного самосвала для проектируемых карьеров ОАО «Апатит» Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.271

А.А. Кулешов, П.Ю. Ланков, О.Д. Серебренников

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ КАРЬЕРНОГО САМОСВАЛА ДЛЯ ПРОЕКТИРУЕМЫХ КАРЬЕРОВ ОАО «АПАТИТ»

Семинар № 15

Эта задача решалась по заданию ОАО «Апатит». В 2005 г вводится в эксплуатацию ранее законсервированный участок №2 Ньоркпахского месторождения - карьер Суолуайв. Объемы извлекаемой горной массы по годам представлены в табл. 1.

Для перевозки горной массы на участке Соулайв проектом предусмотрены автосамосвалы БелАЗ-7514, это обусловлено невысокой производительностью карьера, а также наличием сложной системы автомобильных технологических дорог на поверхности с устройством серпантин.

Транспортировка руды из карьера на перегрузочный склад в начальный период отработки 2005-2006 г будет осуществляться по довольно сложной трассе протяженностью и 6,0 км и более с перепадом высот 220-250 м под уклон.

На рис. 1 показан план автодороги, а на рис. 2 и в табл. 2 - продольный профиль и его характеристики с участка №2 на склад руды.

Наиболее узким местом трассы является берма 470 м участка №1 Ньоркпахского карьера. В период отработки карьера эта берма служит для пропуска порожних самосвалов на участок Соулайв. В работе будут находиться 2-3 самосвала, из них только 1 самосвал будет задействован на перевозке руды. Таким образом, во время технологических перевозок достаточно будет однополосной дороги. Учитывая, что ширина бермы в самом узком месте,

составляет 24,2 м, что соответствует только однополосному движению, на руднике разрабатывается график движения самосвалов на участке Соулайв. Работу автотранспорта разбивают на два этапа: 1) движение порожних самосвалов в рабочее время на перевозке руды; 2) в период пересменки организовывается движение колонны порожних автосамосвалов в одном направлении: либо из карьера, либо в карьер. В период работы участка будет осуществляться движение только одного самосвала, перевозящего руду на перегрузочный склад. Движение других автотранспортных средств по берме возможно только в потоке с автосамосвалом, задействованным на перевозке руды. На рис. 3 показано размещение автосамосвалов на участке сужения трассы.

Из рис. 3 видно, что на этом участке протяженностью 250 м ширина постоянной транспортной бермы позволяет осуществлять одностороннее движение автосамосвалов БелАЗ-7555 грузоподъемностью 55 т.

Временная транспортная берма имеет ширину проезжей части 7,0 м и позволяет работать всем рассматриваемым автосамосвалам грузоподъемностью до 136 т.

Кроме постоянных дорог, в ходе эксплуатации предстоит построить разветвленную сеть временных дорог. Временные автодороги в карьере и на отвале относятся к 111-й категории.

Ширина проезжей части составляет

17.0 м, минимальный радиус поворота -

26.0 м, максимальный уклон съездов -80 %о. На временных автодорогах предусмотрено устройство выравни-вающего слоя щебня толщиной 30 см на рыхлых грунтах и 15 см на скальных грунтах. Го-

довой расход щебня на содержания временных автомобильных дорог составит в 2005 году - 70 тыс. м3, в 2009 году - 60 тыс. м3, в 2011 году - 30 тыс. м3.

Порода участка №1 транспортируется автотранспортом в отвал №1,

Рис. 2. Продольный профиль трассы из карьера Соулайв на перегрузочный склад руды (отм. +280 м)

=.......]......БелАЗ-7514 (6,14м)

а) .I.........^ САТ-785 (6,28м)

:.......г.......^ БелАЗ-75131 (6,39м)

I-----1------1 БелАЗ-7555 (4,50м)

■........{.........■ъ БелАЗ-7513 (6,47м)

2,0 2,2 0,81,5 5,9 1,5 4,7 5,6

Рис. 3. Параметры участка постоянной (а) и временной (б) транспортной бермы (отм. 470 м) в районе разреза 10 с габаритами автосамосвалов

участка Соулайв - в отвал №2. Последовательность заполнения ярусов отвала №1 и участков отвала №2 определяется необходимостью обеспечения кратчайших расстояний транспортирования породы и формирования устойчивых отвалов.

Режим работы транспорта соответствует режиму работы карьера (340 дней в 2 смены по 12 часов). Расчет парка и основных показателей работы самосвалов выполнен специалистами ОАО «Институт «Г ипроруда» по методике «Норм технологического проектирования горнодобы-

вающих предприятий с открытым способом разработки» (ВНТП-13-1-86).

На протяжении всего периода отработки карьера наблюдается увеличение расстояния транспортирования как руды, так и породы, что связано с постепенным углублением карьера и увеличением расстояния транспортирования породы в отвалы.

В дальнейшем, после окончания отработки карьера Суолуайв вступит в действие отработка карьера Олений Ручей.

Залежи руд месторождения Олений ручей сконцентрированы в двух ярусах: Верхнем, мощностью около 200 м, и нижнем, мощностью 200-400 м.

Верхний ярус будет отрабатываться открытым способом с утвержденными запасами руды 21,1 млн т руды с граничными коэффициентами вскрыши 9 м3/м3.

План карьера на конец отработки приведен на рис. 4. Общий срок существования карьера составит 18 .

В перспективе карьер Олений Ручей вовлекается в отработку для поддержания мощности Восточного рудника практически после отработки Ньор-кпахкского карьера с участком №2. Учитывая этот фактор, а также сравнительно короткий срок эксплуатации карьера и значительные капитальные затраты на организацию собственного перегрузоч-

Рис. 4. План карьера «Олений ручей» с обозначением внутрикарь-ерных дорог и внешней дороги до заезда на берму отм.470 м

ного склада руды, рассматривается вариант транспортировки ее на перегрузочный склад Ньоркпахкского карьера.

Считаем целесообразным, выбрать для этих условий более рациональный ЭАК.

Для решения подобных задач в СПГГИ(ТУ) разработана экономико-матема-

тическая модель для выбора оптимального типа ЭАК, предназначенная для использования в системах автоматизированного проектирования карьера. Она может быть использована как на стадии проектирования нового карьера, так и на стадии разработки проекта реконструкции действующего предприятия.

Модель построена по модульной структуре, каждый модуль имеет набор входных и выходных параметров. Сначала производится предварительный выбор погрузочной и транспортной техники на основании рекомендаций по ее совместимости. Далее производится определение технических параметров погрузочной техники (экскаваторов), а затем транспортной (автосамосвалы). После рассчитываются экологические показатели транс-портной техники, так как загрязнения, согласно исследованиям,

проводившимся на кафедре ГТМ, более, чем на 90 %, формируются выхлопными газами. На основании рассчитанного расхода топлива определяется количество выброшенных вредных веществ в атмосферу и объем выхлопных газов. Сопоставление объема выхлопных газов и

Таблица 3

Расчетные показатели для моделирования

Суолуайв Олений ручей

Показатели Ед. изм годы годы

2008 2010 4-й 6-й

Производительность карьера по руде млн. т/год 0,4 0,6 0,8 1,7

по породе млн. т/год 1,96 2,28 9,2 9,7

Расстояние транспортирования руда км 6,8 7,5 10,0 11,5

порода км 2,2 2,8 3,0 4,5

объемного пространства карьера, дает приблизительную оценку концентрации вредных веществ в рабочей зоне (на донных участках карьера и вблизи трассы). Концентрация рассчитывается для наиболее неблагоприятного дня -штилевого. Число таких дней берется из статистических данных. На основании результатов сопоставления рассчитанных концентраций с предельно допустимыми ПДК подсчитывается прогноз простоев техники с последующим экономическим ущербом от простоев. После этого выполняется расчет экономических показателей комплекса -амортизации основных фондов, выплаты заработной платы и пр.

Моделирование работы погрузочнотранспортного комплекса выполнено для двух этапов отработки карьеров, которые характеризуются максимальной производительностью по горной

Таблица 4

Варианты сочетания машин в экскаваторноавтомобильном комплексе

массе (табл. 3).

Варианты сочетания машин в комплексе приведены в табл. 4.

Проанализируем основной экономический показатель по каждому карьеру отдельно.

Для сравнения эффективности рекомендуемых экскаваторно-авто-

мобильных комплексов и предложенного в проекте Гипроруды: (экскаватор ЭКГ-10 или ЯИ-90С с автосамосвалом БелАЗ-7514) рассчитана себестоимость эксплуатации этих комплексов для двух периодов отработки карьера Суолуайв: 2006-2009 гг. при производительности

0,4 млн т руды/год и 2010-2014 гг. при производительности 0,6 млн т руды/год.

За основу расчетов взяты полученные в отчете значения себестоимости 1 ткм и планируемые годовые грузообороты в целом по горной массе в млн. ткм. Расчеты выполнены по формуле: ££<г.м. _ сруда Аруда +

+Спор Апор

где ЕСГ м - суммарные годове затраты на работу ЭАК, млн руб/год; СРуда - себестоимость 1 ткм по руде, руб/ткм; Аруда - годовая грузовая работа по руде, млн.ткм; Спор - себестоимость 1 ткм по породе, руб/ткм; Апор - годовая грузовая работа по породе, млн. ткм. Результаты представлены в табл. 5

Из табл. 5 видно, что для

Автосамосвал Экскаватор

ЭГ-5,5 ЯЫ 90-С ЭКГ-10

БелАЗ-7547 (42 т) X X

БелАЗ-7555 (55 т) X X Х

БелАЗ-7514 (120 т) X X

БелАЗ-7513 (130 т) X X

Са1 777Б (91 т) X X

Са1785С (136 т) X X

Таблица 5

Стоимость эксплуатации ЭАК при транспортировании горной массы по карьеру Суолуайв, млн. руб/год

Модель автосамосвала Периоды отработки 2005+2009 г Периоды отработки 2010+2014 гг

Модель экскаватора Модель экскаватора

ЭГ-5,5 RH-90С ЭКГ-10 ЭГ-5,5 RH-90С ЭКГ-10

БелАЗ - 7547 1l,94 19,10 - 22,25 23,64 -

БелАЗ - 7555 16,82 18,20 20,36 26,4l 28,10 30,42

БелАЗ - 7513 - 21,62 23,95 - 22,58 25,06

БелАЗ - 7514 - 22,36 24,50 - 23,21 25,60

С а! 777Б - 18,10 20,25 - 27,49 29,69

С а! 785С - 21,l5 23,90 - 22,88 25,23

Примечание: ; ; - базовый вариант; - рекомендуемый

первого периода экономически выгодна работа комплексов на базе автосамосвалов с гидромеханической трансмиссией грузоподъемностью 45-55 т (БелАЗ -7547 и БелАЗ-7555) с гидравлическими экскаваторами ЭГ-5,5 и RH-90C Она составляет от 16,82 до 19,10 млн руб/год. Разница по срав-нению с базовым вариантом равна 4,16 - 5,5 млн руб. Работа более мощных машин требует затрат 20,25-23,9 млн руб/год, экономически целесообразен переход на ЭАК RH-90С + Cat 785С (23,21 - 22,88 = 0,33 млн руб/год) и ЭКГ-10 + Сat 795С (25,60 -25,23 = 0,37 млн руб/год). т.е. с экономией по эксплуатации ЭАК 0,33 - 0,37 млн руб/год.

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы. По карьеру Соулайв:

1. Результаты моделирования работы ЭАК на РС ЭВМ в условиях этого карьера показали, что в начальный период его отработки целесообразно использование автосамосвалов грузоподъемностью 45-55 т, в комплексе с экскаваторами с ковшом 5,5-9,0 м3. Расчетная себестоимость транспортной работы в этом случае по руде составляет 2,60^2,82 руб/ткм., а по породе, при 2-х

рабочих автосамосвалах - 2,29^2,93

руб/ткм.

2. При транспортировании породы в отвал несколько лучшие показатели ЭАК у машин большой грузоподъемности. Один 120-136-тонный автосамосвал с экскаватором 9-10 м3 обеспечивает себестоимость 2,66^2,99 руб/ткм.

3. На более поздний период (2010 г.), с возрастанием объемов перевозок и расстояний транспортирования, комплексы по руде имеют расчетные показатели при 2-х рабочих автосамосвалах 45-55 т порядка 2,0^2,46 руб/ткм, а при одной рабочей машине грузоподъемностью 120-136 т и экскаваторе с ковшом 9-10 м3 этот показатель колеблется в пределах 2,48 -г- 2,76 руб/ткм.

4. Для транспортирования породы предпочтение следует отдать более мощным ЭАК, использование которых позволяет снизить себестоимость при 1 автосамосвале до 1,79^2,02 руб/ткм.

По карьеру Олений ручей:

1. На 4-й год его отработки для автосамосвалов с гидромеханической трансмиссией (БелАЗ-7542, БелАЗ-7555) грузоподъемностью 45-55 т в ЭАК при работе машин себестоимость на руде составляет 1,50^1,84 руб/ткм. Один Са!785С в комплексе с КИ 90-С или ЭКГ-10 обеспечива-

ет себестоимость 1,41 или 1,55 руб/ткм соответственно.

2. Для транспортирования породы необходимо 10-12 автосамосвалов 45-55 т, при себестоимости 1,49^1,64 руб/ткм. В то же время 5 Са!785С в комплексе с КИ 90С или ЭКГ-10 дают себестоимость 1,51^1,55 руб/ткм.

3. На 6-й год отработки карьера для транспортировки 1,7 млн т руды 7-6 машин с ГМП имеют себестоимость 1,23^1,32 руб/ткм, а 3 Cat 785C имеют показатели по комплексу 1,35^1,41 руб/ткм.

4. Транспортирование породы в объеме 9,7 млн т/год при 13-17 самосвалах грузоподъемностью 45-55 т показывает себестоимость 1,52^1,63 руб/ткм, ЭАК с 6-ю самосвалами Cat 785C имеют этот показатель 1,34^1,37 руб/ткм.

— Коротко об авторах

Кулешов А.А. - профессор, доктор технических наук Ланков П.Ю. - , кандидат технических наук Серебренников О.Д. - инженер,

Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет).

------------------------------------ ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ИНСТИТУТ ХИМИИ И ТЕХНОЛОГИИ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ им. И.В. ТАНАНАЕВА КНЦ РАН

ЛАЗАРЕВА Ирина Владимировна Разработка технологии композиционных пигментов из отходов обогащения апати-то-нефелиновых руд 25.00.36 к.т.н.

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ПУСТОБРИ- Разработка способа и обоснование пара- 25.00.22 д.т.н.

КОВ метров разрушения горных пород с ис- 25.00.20

Владимир пользованием невзрывчатых разрушаю-

Николаевич щих составов при низких температурах

-------------------------------------------------------------------- © Ю.Д. Тарасов, 2005

УДК 622.64l.2+621.86l.2 Ю.Д. Тарасов

Таблица 1

Расчетная производительность карьера Соулайв (участок 2)

Нименование Ед. изм Годы работы

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Руда т.т 400 400 400 400 400 600 600 600 600 530

Порода всего т.т 1570 1570 1700 1960 1960 2280 1990 1480 920 590

СЛ £ т. 560 560 610 700 700 820 720 530 330 210

Забалансовая руда т.т 30 30 30 30 30 170 110 110 80 0

СЛ £ т. 10 10 10 10 10 60 40 40 30

Рыхлые т.т 20 20 20 60 60

СЛ £ т. 10 10 10 30 30

Скальные т.т 1540 1540 1650 1910 1910 2050 1820 1370 840 590

СЛ £ т. 550 550 590 680 680 730 650 490 300 210

Горная масса т.т 1970 1970 2100 2360 2360 2880 2590 2080 1520 1120

СЛ £ т. 700 700 750 840 840 1030 930 740 540 400

Коэфф. вскрыши м3/т 1,4 1,4 1,53 1,75 1,75 1,37 1,2 0,88 0,55 0,4

Таблица 2

Продольный профиль трассы из карьера Соулайв на перегрузочный склад руды

Номер участка 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Длина участка, м 200 200 75 350 50 1200 255 155 430 20 100

Высота участка, м -11.2 5.0 0.0 -1.8 0.0 0.0 -6.4 -9.3 -19.4 0.0 -1.0

Уклон участка, %о -56 25 0 -5 0 0 -25 -60 -45 0 -10

Основное сопр. Н/кН 50.0 45.0 30.0 30.0 30.0 25.0 25.0 25.0 25.0 30.0 25.0

Номер участка 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Длина участка, м 380 200 530 80 480 80 400 140 360 240 200

Высота участка, м -26.6 -5.0 -26.5 0.0 -2.1 -2.8 -28.9 -2.4 -28.9 -10.8 0.0

Уклон участка, %о -70 -25 -50 0 -6 -35 -72 -17 -80 -45 0

Основное сопр. Н/кН 25.0 30.0 25.0 35.0 25.0 25.0 25.0 25.0 30.0 30.0 40.0